KR20210121150A - 2-파트 폴리우레탄을 기재로 하는 열 계면 재료 - Google Patents

2-파트 폴리우레탄을 기재로 하는 열 계면 재료 Download PDF

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KR20210121150A
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밸러리 알렉시스
마리아 크리스티나 바르보사 데헤수스
클라우디아 메켈-요나스
엘리자베쓰 잭슨
춘융 우
스탠리 성쳰 쿵
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헨켈 아이피 앤드 홀딩 게엠베하
헨켈 아게 운트 코. 카게아아
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Abstract

본원에서는 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리우레탄 수지 전체에 분산된 열 전도성 충전제를 포함하는 2-파트 폴리우레탄 수지를 기재로 하는 열 계면 재료가 개시되며, 여기서 폴리우레탄 수지는 트리올을 포함하는 제1 파트 및 이소시아네이트-관능화된 성분을 포함하는 제2 파트를 포함하는 두 개의 파트들로부터 형성되고, 여기서 제1 파트 및 제2 파트 중 적어도 하나가 열 전도성 충전제 재료를 포함한다.

Description

2-파트 폴리우레탄을 기재로 하는 열 계면 재료
전자 장치는 전형적으로 작동 동안에 상당한 양의 열을 발생시킨다. 이러한 장치를 냉각시키기 위해, 히트 싱크가 전형적으로 일부 방식으로 장치에 정착된다. 작동 시, 사용 동안에 전자 장치에 의해 발생된 열은 장치의 열원으로부터 히트 싱크로 전달되고, 그 곳에서 열이 무해하게 발산된다. 열 계면 재료는 일반적으로 열원에 의해 발생된 과도한 열 에너지를 히트 싱크로 내보냄으로써 작동한다.
열 계면 재료는 이상적으로는 히트 싱크와 열원 사이의 긴밀한 접촉을 제공하여 둘 사이의 열 전달을 용이하게 할 것이다.
보통, 이들 열 계면 재료는 특히 발열 전자 부품, 예컨대 집적 회로 (IC), 중앙 처리 장치 (CPU)와 관련하여 이용된다. 통상적으로, 페이스트형 열 전도성 재료, 예컨대 실리콘 그리스, 또는 시트형 열 전도성 재료, 예컨대 실리콘 고무가 열 계면 재료로서 이용된다. 열 계면 재료의 성능은 통상적으로 열 전도도 및 열 저항 둘 다를 사용하여 등급이 매겨진다. 예를 들어, 일부 페이스트 및 그리스는 낮은 열 저항을 제공하지만, 그것은 액체 또는 반고체 상태로 도포되어야 하므로, 그의 도포를 최적화하기 위해 제조 제어를 필요로 한다. 도포 동안의 향상된 제어 외에도, 페이스트 또는 그리스 재료의 취급은 귀찮고 어려운 일일 수 있다. 추가로, 그리스 및 페이스트는 비-평탄 표면에 이용될 수 없다. 기존 재료를 이용할 때의 추가적인 어려움에는 페이스트 재도포 시의 제어, 원치 않는 영역으로의 그리스의 이동, 상 변화 물질 또는 열 경화성 페이스트에 대한 재-작업성이 포함된다. 전통적인 열 계면 패드는 페이스트 및 그리스의 취급 및 도포 문제를 해결하지만, 그것은 전형적으로 페이스트 및 그리스에 비해 더 높은 열 저항을 갖는다. 열 계면 패드는 예비-경화될 수 있고, 현장에서 경화될 수 있고, 1- 또는 2-파트 조성물로부터 제조될 수 있다.
추가로, 많은 열 계면 재료는 열 전도성 충전제를 중합체 매트릭스에 분산시킴으로써 제조되며, 많은 열 계면 재료는 규소를 함유한다. 규소-함유 열 계면 재료는 누출 및 가스 방출 문제를 가지며, 따라서 장치를 오염시킬 수 있다. 반면에 규소를 함유하지 않는 열 계면 재료는 낮은 열 전도도 및 높은 경도라는 단점을 가질 수 있다.
열 계면은 장치 작동에 있어서 성능 및 신뢰성 둘 다와 관련하여 큰 역할을 한다. 이들 재료는 열 발산을 가속화하고 패키지의 전체 크기를 감소시키기 위한 가요성을 위해 필요한 비용-효과적인 방법을 제공하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 실록산 화학종을 방출하지 않으므로 주변 구조물을 오염시키지 않고 장치의 수명을 연장하는, 실리콘에 대한 대체 화학에 기반한 열 계면 재료가 여전히 필요하다. 취급 및 도포가 용이하면서도 낮은 열 저항을 제공하는 열 계면 재료를 제공하는 것이 여전히 유리하다.
발명의 간단한 요약
열 계면 재료로서 사용하기 위한 조성물이 제공된다. 조성물은 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리우레탄 수지 전체에 분산된 열 전도성 충전제를 포함하며, 여기서 폴리우레탄 수지는 트리올을 포함하는 제1 파트 및 이소시아네이트-관능화된 성분을 포함하는 제2 파트를 포함하는 두 개의 파트들로부터 형성되고, 여기서 제1 파트와 제2 파트 중 적어도 하나는 열 전도성 충전제 재료를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은 열원, 히트 싱크, 및 그 사이에 배치된, 상기 설명에 따른 열 계면 재료를 갖는 전자 장치를 제공한다.
도 1은 2-파트 폴리우레탄을 기재로 하는 본 발명의 조성물에 대한 레올로지 결과를 도시한다.
도 2는 2-파트 폴리우레탄 수지 및 알루미나 열 전도성 충전제를 기재로 하는 본 발명의 조성물에 대한 레올로지 결과를 도시한다.
본원에서는 열 계면 재료 ("TIM")로서 사용하기 위한 조성물이 개시된다. 조성물은 두 개의 파트들로부터 형성된 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리우레탄 수지 전체에 분산된 열 전도성 충전제를 포함한다. 제1 파트는 폴리올을 포함하고, 제2 파트는 이소시아네이트-관능화된 성분을 포함한다. 제1 파트 및/또는 제2 파트는 열 전도성 충전제 재료를 포함할 수 있다.
2-파트 폴리우레탄은 약하게 가교결합된 폴리우레탄 네트워크를 포함하며, 상기 네트워크는, 네트워크의 각각의 반복되는 우레탄 단위체에 부착된, 약 100 g/mol 초과, 바람직하게는 약 200 g/mol 초과의 분자량을 갖는 적어도 하나의 긴 펜던트 기를 갖는다. 이들 펜던트 기는 가소제의 포함을 필요로 하지 않고서도 일반적으로 열 계면 재료와 연관된 침출 또는 이동 문제를 최소화한다.
제1 파트는 폴리올, 트리올, 디올 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 바람직하게는 제1 파트는 트리올을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 제1 파트는 트리올 및 디올을 포함한다.
본원에 개시된 조성물의 제1 파트에 포함될 수 있는 트리올은 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판 또는 글리세린의 삼관능성 코어로 만들어진 낮은 유리 전이 및 낮은 극성도의 수지를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 바람직하게는, 트리올은 약 500 내지 약 5000 g/mol의 범위의 분자량을 갖는다. 폴리프로필렌 글리콜 (PPG), 폴리트리메틸렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜 (PTMG)로 제조된 폴리에테르 트리올뿐만 아니라, 2-메틸-1,3-프로판디올 아디페이트 등으로 제조된 폴리에스테르 트리올이 특히 유용하다. 이들 물질은, 그의 디올 유사체와 함께, 코베스트로(Covestro) (아클라임(Acclaim)®, 아르콜(Arcol)® 시리즈), 다우(Dow) (보라놀(Voranol)® 시리즈), 리온델바셀(LyondellBasell) (폴리메그(Polymeg)), 바스프(BASF) (폴리THF(PolyTHF) 시리즈), 쿠라레이(Kuraray) (폴리올(Polyol) 시리즈), 아르케마(Arkema) (아디안솔(Adiansol)® 시리즈) 등으로부터 입수 가능하다.
바람직하게는, 폴리올이 본원에 개시된 조성물에 이용되는 경우에, 폴리올은 적어도 2의 히드록실 관능도 및 약 200 내지 약 5000 g/mol의 범위의 분자량을 갖는다. 본원에 개시된 조성물에 사용되는 것으로 고려되는 폴리올은 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리올레핀 폴리올, 폴리카르보네이트 폴리올 및 그의 혼합물 및 공중합체를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 이들 폴리올은 그의 구조의 일부로서 불포화, 방향족성 및/또는 헤테로원자를 추가로 함유할 수 있다. 선형 폴리올 외에도, 조성물에 사용될 수 있는 폴리올은 분지형 또는 환형일 수도 있다.
바람직한 실시양태에서, 제1 파트는 히드록실 관능화된 비닐 단량체와 낮은 유리 전이 온도의 단량체, 예컨대 부틸 아크릴레이트 및 2-에틸헥실 아크릴레이트의 중합 및 공중합으로부터 제조된 폴리올을 추가로 포함한다.
본원에 개시된 조성물이 디올을 추가로 포함하는 경우에, 바람직하게는 디올은 제1 파트에 포함된다. 바람직하게는, 디올은 약 200 내지 약 5000 g/mol의 범위의 분자량을 갖는다. 상기에 언급된 폴리에테르, 폴리에스테르뿐만 아니라 폴리카르보네이트 디올 외에도, 폴리올레핀 디올, 예컨대 폴리부타디엔 디올, 수소화된 폴리부타디엔 디올뿐만 아니라 폴리파르네센 디올이 사용될 수 있다. 예는 크레이 밸리(Cray Valley)의 크라솔(KRASOL)® LBH-P 시리즈, HLBH P 시리즈, 크라솔 F 3000, 니폰 소다(Nippon Soda)의 G 및 GI 시리즈를 포함한다. 또 다른 유형의 비-극성 디올은, 프리폴(Pripol)™ 2033으로서 공지된, 크로다(Croda)로부터의 이량체 디올 및 그의 폴리에스테르 올리고머 디올이다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 제1 파트는 폴리실록산 디올을 추가로 포함한다. 이들 재료는 일반적으로 매우 낮은 수준의 환형 실록산 휘발물을 함유한다. 예는 다우 코닝(Dow Corning) 5562 카르비놀(Carbinol)을 포함한다.
트리올, 디올, 및 모노올 (존재하는 경우) 사이의 균형은 조성물의 경도를 변화시키도록 조절될 수 있다. 열을 전달하는 열 계면 재료의 효과는 열 계면 재료와 열원 사이의 계면에 의해 큰 영향을 받고, 부드럽고 순응적인 재료는 계면에서의 접촉을 최적화할 수 있다. 조성물의 경도를 최적화하기 위해, 바람직한 실시양태에서, 트리올은 제1 파트의 총 중량을 기준으로 약 29 wt% 내지 약 100 wt%의 양으로 제1 파트에 존재하고, 더 바람직하게는 트리올은 제1 파트의 총 중량을 기준으로 약 57 wt% 초과의 양으로 제1 파트에 존재한다.
조성물의 제2 파트에 존재하는 이소시아네이트-관능화된 성분은 다양한 적합한 일-, 이- 및 다관능성 이소시아네이트 수지 및 예비-중합체 중 하나 이상을 포함한다.
조성물에 사용하기에 적합한 이소시아네이트-관능화된 성분의 예는 방향족 이소시아네이트, 예컨대 1.5-나프틸렌 디이소시아네이트, 2,4- 또는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI), 카르보디이미드 개질된 MDI, 크실릴렌 디이소시아네이트 (XDI), m- 및 p-테트라메틸크실릴렌 디이소시아네이트 (TMXDI), 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI)의 이성질체, 4,4'-디페닐-디메틸메탄 디이소시아네이트, 디- 및 테트라알킬 디페닐메탄 디이소시아네이트, 1.3-페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 4,4'-디벤질 디이소시아네이트; 지방족 이소시아네이트, 예컨대 수소화된 MDI (H12MDI), 1-메틸-2,4-디이소시아네이토시클로헥산, 1,12-디이소시아네이토도데칸, 1,6-디이소시아네이토-2,2,4-트리메틸-헥산, 1,6-디이소시아네이토-2,4,4-트리메틸 헥산, 1-이소시아네이토메틸-3-이소시아네이토-1.5.5 트리메틸 시클로헥산 (IPDI), 테트라메톡시부탄-1,4-디이소시아네이트, 부탄-1,4-디이소시아네이트, 헥산-1,6 디이소시아네이트 (HDI), 이량체성 지방산 디이소시아네이트, 디 시클로헥실 메탄 디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 에틸렌 디이소시아네이트 또는 프탈산 비스 이소시아네이토 에틸 에스테르를 포함한다. 저-분자량 예비중합체, 즉 복수의 이소시아네이트 기를 갖는 올리고머, 예를 들어, MDI 및/또는 TDI와 저-분자량 디올, 예를 들어, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌 글리콜 또는 트리에틸렌 글리콜의 반응 생성물이 또한 사용될 수 있다. 이들 올리고머는 디올의 존재 하에 과량의 폴리이소시아네이트를 사용하여 수득된다. 존재하는 디올의 분자량은 약 1000 g/mol 미만일 수 있다. 임의로 증류에 의해 반응 생성물로부터 단량체가 제거될 수 있다. 조질 MDI 또는 액화된 디페닐메탄 디이소시아네이트를 함유하는 카르보디이미드가 마찬가지로 적합하다. 적합한 지방족 이소시아네이트는 이소시아네이트, 특히 HDI 또는 IPDI의 이소시아누레이트, 카르보디이미드 및 비우레트를 포함한다.
추가로, 본원에 사용하기에 적합한 다양한 이소시아네이트는 상업적으로 입수 가능하고/거나 공지된 절차를 사용하여 수득 가능하다. 방향족 디이소시아네이트 및 지방족 디이소시아네이트 예비중합체는 코베스트로로부터 각각 상품명 데스모두르(Desmodur) 및 몬두르(Mondur), 예를 들어, 몬두르 MRS-2, 몬두르 MRS-4, 데스모두르 LD, 몬두르 MA-2300, 데스몬두르(Desmondur) XP XP2599로서 상업적으로 입수 가능하다. 블로킹된 이소시아네이트가 또한 코베스트로로부터 상품명 데스모두르 BL, 예컨대 데스모두르 BL 1100/1로서 입수 가능하다. 다른 상업적으로 입수 가능한 이소시아네이트는 미쓰이 케미칼즈(Mitsui Chemicals)부터 타케네이트(Takenate)로서 입수 가능하다. 바람직하게는, 이소시아네이트-관능화된 성분은 이관능성 이소시아네이트를 포함한다.
더 바람직하게는, 이소시아네이트-관능화된 성분은 긴 펜던트 기를 갖는 이관능성 지방족 이소시아네이트를 포함하며, 여기서 긴 펜던트 기는 폴리에테르, 또는 선형 또는 분지형 알킬, 에스테르, 폴리에스테르 구조이며, 이는 불포화 또는 헤테로원자 또는 그의 조합을 추가로 함유할 수 있다. 바람직한 지방족 폴리이소시아네이트는 벤코렉스(Vencorex)로부터 상품명 톨로네이트(Tolonate)™ X FLO 100으로서 상업적으로 입수 가능하고, 이는 하기 구조를 가지며, 여기서 R은 개시되지 않은 생물-유래된 긴 펜던트 기이다:
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충전제
본원에 개시된 조성물은 바람직하게는 열 전도성 충전제를 포함하는 충전제를 추가로 포함한다. 충전제는 제1 파트, 제2 파트, 또는 제1 파트와 제2 파트 둘 다에 포함될 수 있다.
열 전도성 충전제는 관련 기술분야에 공지되어 있고 상업적으로 입수 가능하며, 예를 들어, U.S. 특허 제6,169,142호 (4번째 칼럼, 7-33번째 행)를 참조하도록 한다. 열 전도성 충전제는 열 전도성일 뿐만 아니라 전기 전도성일 수 있다. 대안으로서, 열 전도성 충전제는 열 전도성이면서 전기 절연성일 수 있다.
구체적으로, 유용한 열 전도성 충전제는 금속성 충전제, 무기 충전제, 탄소-기재의 충전제, 열 전도성 중합체 입자 충전제 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
금속성 충전제는 금속 입자 및 입자의 표면 상에 층을 갖는 금속 입자를 포함한다. 이들 층은, 예를 들어, 입자의 표면 상의 금속 질화물 층 또는 금속 산화물 층일 수 있다. 적합한 금속성 충전제는 알루미늄, 구리, 금, 니켈, 은 및 그의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 금속 입자에 의해 예시된다. 적합한 금속성 충전제는 표면 상에 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화구리, 산화니켈, 산화은 및 그의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 층을 갖는, 상기에 열거된 금속의 입자에 의해 추가로 예시된다. 예를 들어, 금속성 충전제는 표면 상에 산화알루미늄 층을 갖는 알루미늄 입자를 포함할 수 있다.
무기 충전제는 금속 산화물, 예컨대 산화알루미늄, 산화베릴륨, 산화마그네슘 및 산화아연; 질화물, 예컨대 질화알루미늄 및 질화붕소; 탄화물, 예컨대 탄화규소 및 탄화텅스텐; 및 그의 조합을 포함할 수 있다. 다른 예는 알루미늄 삼수화물, 이산화실리콘, 티탄산바륨, 수산화마그네슘을 포함한다.
탄소-기재의 충전제는 탄소 섬유, 다이아몬드, 흑연을 포함할 수 있다. 탄소 나노구조화 재료, 예컨대 일차원 탄소 나노튜브 (CNT) 및 이차원 (2D) 그래핀 및 흑연 나노판상체 (GNP)가 또한 그의 높은 고유 열 전도도로 인해 조성물에 사용될 수 있다.
열 전도성 중합체 충전제의 예는 배향된 폴리에틸렌 섬유 및 나노셀룰로스를 포함한다. 열 전도성 충전제를 제조하는 데 사용될 수 있는 중합체의 다른 예는 폴리티오펜, 폴리에스테르 또는 에폭시를 기재로 하는 액정 중합체 등을 포함한다.
유용한 열 전도성 충전제 입자의 형상은 제한되지 않지만; 원형 또는 구형 입자는, 열 전도성 충전제가 조성물에 많이 부하된 경우에, 점도가 바람직하지 않은 수준으로 증가하는 것을 방지할 수 있다. 열 전도성 충전제는 단일 열 전도성 충전제일 수 있거나, 적어도 하나의 특성에 있어서, 예컨대 입자 형상, 평균 입자 크기, 입자 크기 분포 및 충전제의 유형에 있어서 상이한 둘 이상의 열 전도성 충전제들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 무기 충전제들의 조합, 예컨대 더 큰 평균 입자 크기를 갖는 제1 산화알루미늄 및 더 작은 평균 입자 크기를 갖는 제2 산화알루미늄이 조성물에 포함될 수 있다. 대안으로서, 더 큰 평균 입자 크기를 갖는 산화알루미늄과 더 작은 평균 입자 크기를 갖는 산화아연의 조합이 조성물에 포함될 수 있다. 금속성 충전제들의 조합, 예컨대 더 큰 평균 입자 크기를 갖는 제1 알루미늄과 더 작은 평균 입자 크기를 갖는 제2 알루미늄의 조합이 대안으로서 조성물에 포함될 수 있다. 추가로, 금속성 충전제와 무기 충전제의 조합, 예컨대 알루미늄 충전제와 산화알루미늄 충전제의 조합; 알루미늄 충전제와 산화아연 충전제의 조합; 또는 알루미늄 충전제와 산화알루미늄 충전제와 산화아연 충전제의 조합이 대안으로서 본원에 개시된 조성물에 포함될 수 있다. 더 큰 평균 입자 크기를 갖는 제1 충전제 및 제1 충전제보다 더 작은 평균 입자 크기를 갖는 제2 충전제를 사용하면 패킹 효율이 개선될 수 있고, 점도가 감소될 수 있고, 열 전달이 향상될 수 있다.
열 전도성 충전제는 또한 충전제 처리제를 포함할 수 있다. 충전제 처리제는 관련 기술분야에 공지된 임의의 처리제일 수 있다. 충전제 처리제의 양은 열 전도성 충전제의 유형 및 양을 포함하는 다양한 요인에 따라 다양할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 충전제 처리제는 충전제의 약 0.1 wt% 내지 약 5.0 wt%의 범위의 양으로 조성물에 포함될 것이다.
충전제는 현장에서 충전제 처리제로 처리될 수 있거나, 복합체를 제조하기 위해 수지와 조합되기 전에 전처리될 수 있다. 충전제 처리제는 실란, 예컨대 알콕시실란, 알콕시-관능화된 올리고실록산, 환형 폴리오르가노실록산, 히드록실-관능화된 올리고실록산, 예컨대 디메틸 실록산 또는 메틸 페닐 실록산, 스테아레이트 또는 지방산을 포함할 수 있다. 알콕시실란 충전제 처리제는 관련 기술분야에 공지되어 있고 헥실트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 도데실트리메톡시실란, 테트라데실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐에틸트리메톡시실란, 옥타데실트리메톡시실란, 옥타데실트리에톡시실란 및 그의 조합에 의해 예시된다.
대안으로서, 충전제 처리제는 실리카 충전제를 처리하는 데 전형적으로 사용되는 임의의 유기규소 화합물일 수 있다. 이들 유기규소 화합물의 예는 오르가노클로로실란, 예컨대 메틸트리클로로실란, 디메틸디클로로실란, 및 트리메틸 모노클로로실란; 오르가노실록산, 예컨대 히드록시-말단 블로킹된 디메틸실록산 올리고머, 헥사메틸디실록산, 및 테트라메틸디비닐디실록산; 오르가노실라잔, 예컨대 헥사메틸디실라잔 및 헥사메틸시클로트리실라잔; 및 오르가노알콕시실란, 예컨대 메틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 및 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.
대안으로서, 수소결합할 수 있는 폴리오르가노실록산이 충전제 처리제로서 유용하다.
특정한 실시양태에서, 열 전도성 충전제 외에도, 충전제는 또한 강화 충전제, 증량 충전제 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 조성물이 열 계면 재료에 사용되는 경우에, 전기 절연성 열 전도성 충전제가 통상적으로 포함된다. 바람직하게는, 본원에 개시된 조성물에 사용하기 위한 열 전도성 충전제 재료는 산화알루미늄, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연 또는 그의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된다. 상업적인 공급원으로서, CB-A205 및 Al-43-Me는 쇼와-덴코(Showa-Denko)로부터 상업적으로 입수 가능한 다양한 입자 크기의 산화알루미늄 충전제이고, DAW-45는 덴카(Denka)로부터 상업적으로 입수 가능한 산화알루미늄 충전제이고, AA-04, AA-2 및 AA18은 스미토모 케미칼 캄파니(Sumitomo Chemical Company)로부터 상업적으로 입수 가능한 산화알루미늄 충전제이다. 산화아연은 조켐 엘엘씨(Zochem LLC)로부터 입수 가능하다.
다양한 조성물 특성을 달성하기 위해 다른 적합한 충전제 및/또는 첨가제가 또한 본원에 개시된 조성물에 첨가될 수 있다. 임의로 첨가될 수 있는 추가적인 성분의 예는 안료, 가소제, 가공 조제, 난연제, 증량제, 전자파 간섭 (EMI) 또는 극초단파 흡수제, 전기-전도성 충전제, 자성 입자 등을 포함한다. 광범위한 재료, 예컨대 카르보닐 아이언, 규화철, 철 입자, 철-크롬 화합물, 금속성 은, 카르보닐 아이언 분말, 센더스트(SENDUST) (85% 철, 9.5% 규소 및 5.5% 알루미늄을 함유하는 합금), 퍼멀로이(permalloy) (약 20% 철 및 80% 니켈을 함유하는 합금), 페라이트, 자성 합금, 자성 분말, 자성 박편, 자성 입자, 니켈-기재의 합금 및 분말, 크롬 합금 및 임의의 그의 조합이 예시적인 실시양태에 따른 열 계면 재료에 첨가될 수 있다. 다른 실시양태는 상기 재료 중 하나 이상으로부터 형성된 하나 이상의 EMI 흡수제를 포함할 수 있고, 여기서 EMI 흡수제는 과립, 회전타원체, 미소구체, 타원체, 불규칙형 회전타원체, 스트랜드, 박편, 분말 및/또는 이들 형상 중 일부 또는 전부의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 따라서, 일부 예시적인 실시양태는 열 가역적 겔을 포함하거나 그것을 기재로 하는 열 계면 재료를 포함할 수 있고, 여기서 열 계면 재료는 또한 차폐를 제공하도록 구성된다 (예를 들어, EMI 또는 극초단파 흡수제, 전기-전도성 충전제 및/또는 자성 입자 등을 포함하거나 그것이 부하됨).
유용한 실시양태에서, 열 전도성 충전제 재료는 제1 파트의 총 중량을 기준으로 약 30-95 wt%, 예를 들어 약 85-95 wt%의 범위의 양으로 조성물의 제1 파트에 존재한다. 또 다른 유용한 실시양태에서, 열 전도성 충전제 재료는 제2 파트의 총 중량을 기준으로 약 30 wt% 내지 약 95 wt%의 범위의 양으로, 예를 들어 약 85 wt% 내지 약 95 wt%의 양으로 제2 파트에 존재한다.
촉매
본원에 개시된 조성물에 포함된 이소시아네이트-관능화된 화합물 및 폴리올은 촉매를 필요로 하지 않고서 주위 온도에서 반응하여 가교결합/경화된 폴리우레탄을 형성할 수 있다. 촉매가 임의로 조성물에 포함되면 반응이 효과적으로 가속화될 수 있다.
바람직하게는 하나의 또는 여러 가지의 촉매가 도포 및 공정 요건에 따라 경화 속도를 조정하기 위해 본원에 개시된 조성물에 포함될 수 있다. 본원에 개시된 2-파트 조성물에서, 이소시아네이트 및 폴리올 성분은 각각 분배된 후에 혼합되어 반응한다. 촉매에 의해 촉진된 반응이 너무 빠르면, 반응물이 분배기를 폐색할 수 있다. 촉매에 의해 촉진된 반응이 너무 느리면, 복합체가 도포 후에 그것이 정착되도록 의도된 부위로부터 흘러나와서 다른 주변 부품을 오염시킬 수 있다. 따라서, 조성물의 요망되는 특성을 수득하기 위해서는 반응 속도가 결정적이다. 적합한 촉매는 루이스 산 및 염기, 및 금속 화합물을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.
바람직하게는, 조성물은 아민 촉매 또는 Sn, Zn, Bi, Zr, V 또는 Ti를 기재로 하는 금속 촉매를 포함하는 군으로부터 선택되는 촉매를 포함할 수 있다. 더 바람직하게는 조성물에 사용하기 위한 촉매는 Zn 기재의 착물, Bi 기재의 착물 또는 그의 조합이다.
주석-기재의 화합물은 히드록실-함유 유기 분자와 이소시아네이트가 반응하여 우레탄 기를 형성하는 반응을 위한 통상적인 촉매이다. 이러한 주석 화합물 계열의 대표적인 구성원은 카르복실산의 제일주석염, 오르가노 주석산, 예컨대 부틸 주석산, 오르가노 티오주석산, 디오르가노틴 옥시드, 예컨대 디부틸틴 옥시드, 디오르가노틴 술파이드, 모노- 및 디 오르가노틴 할라이드, 예컨대 디메틸틴 디클로라이드, 모노 및 디 오르가노틴 카르복실레이트, 예컨대 디부틸틴 디라우레이트, 디부틸틴 아디페이트 및 디부틸틴 말레에이트, 모노- 및 디 오르가노틴 메르캅티드, 예컨대 디부틸틴 비스(라우릴 메르캅티드), 메르캅토카르복실산 에스테르와 메르캅토알칸올 에스테르의 모노- 및 디 오르가노틴 유도체, 예컨대 디부틸틴-S, S'-비스(이소옥틸 메르캅토아세테이트) 및 디부틸틴 S,S'-비스(메르캅토에틸 스테아레이트), 디 오르가노틴 옥시드, 예컨대 디부틸틴 옥시드 및 베타 디 케톤의 모노-및 디 오르가노틴 유도체, 예컨대 디부틸틴 비스-아세틸아세토네이트를 포함한다.
조성물은 3급 아민 촉매를 또한 함유할 수 있다. 3급 아민 촉매는 이소시아네이트 기를 친핵성 치환에 대해 활성화시켜 물과의 반응을 촉진하여 이산화탄소를 발생시키고 폴리히드록실 화합물과 반응시켜 우레탄을 형성하게 할 수 있다. 3급 아민 촉매의 예는 N,N 디메틸아미노에탄올, 트리스(디메틸 아미노프로필) 아민, N,N-디메틸 시클로헥실아민, 비스-(2-메틸 아미노에틸) 에테르, N,N-디메틸벤질아민, 디아미노 비 시클로옥탄, 트리에틸아민, 트리부틸아민, N-메틸 모르폴린, N-에틸모르폴린, N-코코-모르폴린, N,N,N',N"-테트라메틸 에틸렌-디아민, 1,4-디아자-비시클로-(2,2,2)-옥탄, N-메틸-N'-디메틸-아미노-에틸 피페라진, N,N-디메틸벤질아민, 비스-(N,N-디에틸-아미노에틸)-아디페이트, N,N 디에틸 벤질아민, 펜타메틸 디에틸렌트리아민, N,N 디메틸 시클로헥실아민, N,N, N',N'-테트라메틸-1,3 부탄디아민, N,N-디메틸-.베타.-페닐에틸아민, 1,2 디메틸-이미다졸, 2-메틸이미다졸 및 그의 혼합물을 포함한다. 상업적으로 입수 가능한 3급 아민, 예컨대 위트코(WITCO)로부터 입수 가능한 니악스(Niax) A-1이 또한 유용하다.
가소제
조성물은 임의로, 조성물의 중량을 기준으로, 약 80 wt%까지의 액체 가소제를 제1 및/또는 제2 파트에 추가로 포함할 수 있다. 적합한 가소제는 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족 오일, 장쇄 부분 에테르 에스테르, 알킬 모노에스테르, 에폭시화 오일, 디알킬 디에스테르, 방향족 디에스테르, 알킬 에테르 모노에스테르, 폴리부텐, 프탈레이트, 벤조에이트, 아디프산 에스테르, 아크릴레이트 등을 포함한다. 특히 바람직한 가소제는 제1 파트에 포함된 폴리올 및 제2 파트에 포함된 이소시아네이트와 추가로 반응할 수 있으면서 폴리우레탄 네트워크의 중요 부분일 수 있는 관능기를 갖는 가소제를 포함한다.
수분 스캐빈저
한 실시양태에서, 경화성 조성물은 수분 스캐빈저를 추가로 포함한다. 바람직하게는 수분 스캐빈저는 옥사졸리딘, p-톨루엔술포닐 이소시아네이트, 비닐옥시 실란 및 그의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된다. p-톨루엔술포닐 이소시아네이트가 특히 유용한 수분 스캐빈저이다.
산화방지제 또는 안정화제
본원에 개시된 조성물은 임의로, 각각의 파트에서 수지 조성물의 중량을 기준으로, 약 3.0 wt%까지의, 예를 들어 약 0.1 wt% 내지 약 2.5 wt%, 바람직하게는 약 0.2 wt% 내지 약 2.0 wt%의, 산화방지제 또는 안정화제 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
유용한 안정화제 또는 산화방지제는 고분자량 장애 페놀 및 다관능성 페놀, 예컨대 황 및 인-함유 페놀을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 장애 페놀은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있고 페놀의 히드록실 기에 근접한 입체적으로 부피가 큰 라디칼을 또한 함유하는 페놀계 화합물로서 특징지워질 수 있다. 특히, 3급 부틸 기는 일반적으로 페놀의 히드록실 기에 대해 오르토 위치 중 적어도 하나에서 벤젠 고리 상에 치환된다. 이들 입체적으로 부피가 큰 치환된 라디칼은 히드록실 기에 가깝게 존재함으로써 그의 신축 진동수를 지연시켜, 상응하게 그의 반응성을 지연시키는 역할을 하며; 따라서 이러한 장애는 페놀계 화합물에게 그의 안정화 특성을 제공한다. 대표적인 장애 페놀은 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)-벤젠; 펜타에리트리틸 테트라키스-3(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트; n-옥타데실-3(3,5-디tert-부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트; 4,4'-메틸렌비스(2,6-tert-부틸-페놀); 4,4'-티오비스(6-tert-부틸-o-크레졸); 2,6-디-tert부틸페놀; 6-(4-히드록시페녹시)-2,4-비스(n-옥틸-티오)-1,3,5 트리아진; 디-n-옥틸티오)에틸 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시-벤조에이트; 및 소르비톨 헥사[3-(3,5-디tert-부틸-4-히드록시-페닐)-프로피오네이트]를 포함한다.
유용한 산화방지제는 바스프로부터 상업적으로 입수 가능하며, 장애 페놀인 이르가녹스(Irganox)®565, 1010, 1076 및 1726을 포함한다. 이들은 라디칼 스캐빈저로서 작용하는 일차 산화방지제이며, 단독으로 사용되거나, 다른 산화방지제, 예컨대, 포스파이트 산화방지제, 예컨대 바스프로부터 입수 가능한 이르가포스(IRGAFOS)®168과의 조합으로서 사용될 수 있다.
산화방지제 및/또는 안정화제가 본원에 개시된 조성물에 포함되어도 조성물의 다른 특성이 영향을 받아서는 안 된다.
지연제
하나 이상의 지연제가 또한 복합체 조성물의 두 개의 파트들의 혼합과 경화의 개시 사이의 유도 기간을 제공하기 위해 조성물에 포함될 수 있다. 바람직하게는, 지연제는 8-히드록시퀴놀린일 수 있다.
임의적 성분
추가의 임의적 성분, 예컨대, 예를 들어, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있고 요망되는 특성에 따라 수많은 상업적으로 입수 가능한 제품으로부터 선택될 수 있는, 기핵제, 엘라스토머, 착색제, 안료, 레올로지 개질제, 염료, 이형제, 접착 촉진제, 난연제, 소포제, 상 변화 물질, 레올로지 개질제 가공 조제, 예컨대 요변제 및 내부 윤활제, 대전방지제 또는 그의 혼합물이 조성물에 첨가될 수 있다. 조성물에 혼입되는 이들 첨가제의 양은 첨가제를 포함시키려는 목적에 따라 다양할 수 있다.
화합물의 OH 관능도는 그의 평균 OH 관능도를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 그것은 분자당 히드록실 기의 평균 개수를 암시한다. 화합물의 평균 OH 관능도는 수평균 분자량 및 히드록실가에 기반하여 계산될 수 있다. 달리 암시되어 있지 않는 한, 히드록실가 (OH가)는 공급업체로부터의 시험성적서로부터 수득된다.
화합물의 NCO 관능도는 그의 평균 NCO 관능도를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 그것은 분자당 NCO 기의 평균 개수를 암시한다. 평균 NCO 관능도는 화합물의 수평균 분자량 및 NCO가에 기반하여 계산될 수 있다. 달리 암시되어 있지 않는 한, 이소시아네이트 함량 (NCO 함량, % NCO)은 공급업체로부터의 시험성적서로부터 수득된다.
OH 기에 대한 NCO 기의 몰비 ("NCO/OH 비")는 제2 파트와 제1 파트 사이의 화학량론적 균형을 암시한다. NCO/OH 비가 1보다 더 큰 경우에, 그것은 배합물이 화학량론적으로 균형잡히지 않고 과량의 이소시아네이트가 존재한다는 것을 암시한다. NCO/OH 비가 1보다 더 작은 경우에, 그것은 배합물이 화학량론적으로 균형잡히지 않고 과량의 히드록실 기가 존재한다는 것을 암시한다.
예시적인 실시양태에서, 조성물의 NCO/OH 비는 1.3 미만이다.
TIM 재료
본 발명에 따른 조성물은 발열 전자 장치의 일관된 성능 및 장기 신뢰성을 보장하기 위한 열 계면 재료로서 사용될 수 있다. 구체적으로, 이들 조성물은, 기복이 있는 표면을 포함하는, 복잡한 표면 구조에 순응할 수 있는 액체 갭(gap) 충전제 재료로서 사용될 수 있다. 경화 전에는 증가된 이동도로 인해, 조성물은 작은 공극, 틈 및 구멍을 충전함으로써, 발열 장치에 대한 전체 열 저항을 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 열 계면 갭 패드가 이러한 조성물로부터 제조될 수 있다.
수동 또는 반자동 분배 기구를 사용하여 조성물을 목표 표면에 직접 도포하여, 폐기물을 최소화하면서 재료를 효과적으로 사용할 수 있다. 추가로, 재료의 정확한 배치를 허용하고 재료의 도포 시간을 감소시키는 자동화 분배 장비를 사용하여 재료 사용을 최대로 할 수 있다. 따라서 파트들을 분배 기구를 통해 분배할 수 있도록, 조성물의 각각의 파트의 점도를 유지해야 한다. 각각의 제1 파트 및 제2 파트는 실온에서 약 3000 mPa·s 미만의 점도, 바람직하게는 실온에서 약 200 내지 약 1000 mPa·s의 점도를 갖는다.
조성물의 제1 파트 및 제2 파트를 혼합하여 실온에서 경화될 수 있는 조성물을 형성할 수 있다. 혼합된 조성물은 약 10분 초과, 바람직하게는 약 20분 초과의 가사 시간을 갖는다. 조성물은, 실온 경화 후에, 약 -20℃ 미만, 바람직하게는 약 -30℃ 미만의 유리 전이 온도 (Tg), 및 약 90 미만, 바람직하게는 약 80 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 70 미만의 쇼어(Shore) OO 경도를 갖는다. 추가로, 경화된 조성물은 약 -40℃ 내지 약 125℃에서 열 안정성이다.
일부 예시적인 실시양태에서, 열 계면 재료는 접착제 층을 포함할 수 있다. 접착제 층은 전체 열 전도성을 유지하기 위한 열 전도성 접착제일 수 있다. 접착제 층은 열 계면 재료를 전자 부품, 히트 싱크, EMI 차폐물 등에 정착시키는 데 사용될 수 있다. 접착제 층은 감압성 열-전도성 접착제를 사용하여 배합될 수 있다. 감압성 접착제 (PSA)는 일반적으로 아크릴, 실리콘, 고무 및 그의 조합을 포함하는 화합물을 기재로 할 수 있다. 열 전도성은, 예를 들어, 세라믹 분말의 포함에 의해 향상된다.
일부 예시적인 실시양태에서, 열-가역적 겔을 포함하는 열 계면 재료는 EMI 차폐물의 하나 이상의 부분, 예컨대 일체형 EMI 차폐물 및/또는 다중-부품 차폐물의 커버, 뚜껑, 프레임 또는 다른 부분, 개별 EMI 차폐 벽 등에 부착 또는 정착 (예를 들어, 접착 결합 등)될 수 있다. 대안적인 정착 방법, 예컨대, 예를 들어, 기계적 체결자가 또한 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 열-가역적 겔을 포함하는 열 계면 재료는 다중-부품 EMI 차폐물의 제거 가능한 뚜껑 또는 커버에 부착될 수 있다. 열-가역적 겔을 포함하는 열 계면 재료는, 예를 들어, 열 계면 재료가 EMI 차폐물과 EMI 차폐물이 배치되어 있는 전자 부품 사이에 압축되면서 끼이도록, 커버 또는 뚜껑의 내부 표면 상에 배치될 수 있다. 대안으로서, 열-가역적 겔을 포함하는 열 계면 재료는, 예를 들어, EMI 차폐물이 EMI 차폐물과 히트 싱크 사이에 압축되면서 끼이도록, 커버 또는 뚜껑의 외부 표면 상에 배치될 수 있다. 열-가역적 겔을 포함하는 열 계면 재료는 커버 또는 뚜껑의 전체 표면 상에 또는 전체 표면보다 작은 영역 상에 배치될 수 있다. 열-가역적 겔을 포함하는 열 계면 재료는 EMI 흡수제를 가질 것이 요망되는 거의 모든 위치에 도포될 수 있다.
본원에서는, 열원, 히트 싱크, 및 그 사이에 배치된 본원에 개시된 조성물을 포함하는 장치가 추가로 고려된다. 바람직한 실시양태에서, 장치는 열원과 히트 싱크 사이에 공기 갭을 갖지 않는다.
실시예
달리 기재되지 없는 한, 하기 실시예에 열거된 조성물을 하기 절차에 따라 제조하였다. 찰스 로스 앤드 선즈(Charles Ross & Sons) 사에 의해 제조된 이중 공자전 믹서 (로스 모델 DPM-1Qt)를 사용하여 진공 하에서 80℃에서 약 1시간 동안 폴리올, 촉매 및 열 전도성 충전제를 혼합함으로써 조성물의 제1 파트 (파트 A)를 제조하였다. 찰스 로스 앤드 선즈 사에 의해 제조된 이중 공자전 믹서 (로스 모델 DPM-1Qt)를 사용하여 진공 하에서 80℃에서 약 1시간 동안 이소시아네이트, 산화방지제 및 열 전도성 충전제를 혼합함으로써 조성물의 제2 파트 (파트 B)를 제조하였다.
혼합 장치로서 50 cc 또는 200 cc 2K 카트리지가 장착된 록타이트(Loctite) 이중 카트리지 도포기 및 상기 카트리지의 단부에 부착된 6.3-21 정적 믹서에서 0.52 MPa 하에 1분 동안 파트 A와 파트 B를 혼합함으로써 경화된 복합체를 수득하였다. 분배 동안에, 파트 A 및 파트 B를 전형적으로 0.5 내지 0.65 MPa의 범위의 인가된 압력 하에 정적 믹서에 통과시키면서 충분히 혼합한다.
쇼어 OO 경도를 ASTM D2240에 따른 쇼어 경도계 OO를 사용하여 측정하였다. 복합체의 저장 모듈러스 (G')를 티에이 인스트루먼츠(TA Instruments)의 레오메트릭 사이언티픽(Rheometric Scientific) RDA III을 사용하여 측정하였다. 동적 온도 변화(sweep) 시험을, 복합체 샘플을 두 개의 평행한 판들 사이에 배치한 후에 약 -70℃로부터 약 200℃까지 10 rad/초의 일정한 진동수에서 측정함으로써, 수행하였다. 실험 내내 온도를 단계적으로 5℃씩 상승시켰다. 더 높은 온도에서의 안정한 평탄형(plateau) 모듈러스는 복합체가 열 안정성이며 사용 시 열 계면 재료로서 필요한 형상을 유지할 수 있다는 것을 암시한다.
실시예 1: 펜던트 기를 갖는 방향족 이소시아네이트
<표 1>
Figure pct00002
몬두르 MRS 4 (코베스트로)는 2.4의 평균 관능도를 갖는 중합체성 디페닐메탄-디이소시아네이트 (pMDI)이며, 이는 그것이 이- 및 삼관능성 방향족 이소시아네이트 둘 다를 함유함을 의미한다. 파트 B에서, 그것은 모노히드록실 폴리에테르와 부분적으로 예비-반응하였다 (NCO 기의 대략 27%가 소모되었음). 그 결과 긴 펜던트 기를 갖는 일- 및 이관능성 방향족 이소시아네이트뿐만 아니라 반응하지 않은 이- 및 삼관능성 이소시아네이트의 혼합물이 생성되었다.
파트 A 수지와 파트 B 수지의 샘플 혼합물 (중량을 기준으로 50/50, 충전제는 포함되지 않음)을 실온에서 경화시키고 샘플의 레올로지를 측정하였다. 도 1은 혼합물이 약 160℃까지 열 안정성임을 보여준다.
실시예 2: 펜던트 기를 갖는 지방족 이소시아네이트
<표 2>
Figure pct00003
실시예 2는 펜던트 기를 갖는 지방족 이소시아네이트 (톨로네이트™ X FLO 100) 및 트리올/디올 혼합물을 기재로 하는 본 발명의 복합체를 보여준다 (표 2). 약 170℃까지의 열 안정성을 암시하는, 경화된 복합체의 레올로지 곡선이 도 2에 나와 있다.
실시예 3: 높은 충전제 부하 및 낮은 경도의 조성물
<표 3>
Figure pct00004
실시예 3은, 트리올/디올 비뿐만 아니라 전도성 충전제 패키지를 조절함으로써, 낮은 쇼어 OO 경도를 유지하면서도 더 높은 충전제 부하를 달성할 수 있다는 것을 보여주었다 (표 3).
실시예 4 및 5: 이소시아네이트-관능화된 수분 스캐빈저 p-톨루엔술포닐 이소시아네이트를 함유하는 배합물
<표 4>
Figure pct00005
실시예 4 및 5는 이소시아네이트 관능화된 수분 스캐빈저가 본 발명의 폴리우레탄 복합체 배합물에 성공적으로 혼입된 것을 보여준다 (표 4).
실시예 6: 생물-기재의 디올을 함유하는 배합물
<표 5>
Figure pct00006
실시예 6을 하기 방법을 사용하여 제조하였다. 파트 A를 플락텍(Flacktek)에 의해 제조된 스피드 믹서 장치 (모델 DAC 150 FVZ-K)를 사용하여 제조하였다. 파트 A를 2000 RPM에서 30초 동안 혼합하였다. 파트 B를 플락텍에 의해 제조된 스피드 믹서 장치 (모델 DAC 150 FVZ-K)를 사용하여 제조하였다. 파트 B를 2000 RPM에서 30초 동안 혼합하였다. 혼합 장치로서 50 cc 또는 200 cc 2K 카트리지가 장착된 록타이트 이중 카트리지 도포기 및 상기 카트리지의 단부에 부착된 6.3-21 정적 믹서에서 0.52 MPa 하에 1분 동안 파트 A와 파트 B를 혼합함으로써 경화된 복합체를 수득하였다. 분배 동안에, 파트 A 및 파트 B를 전형적으로 0.5 내지 0.65 MPa의 범위의 인가된 압력 하에 정적 믹서에 통과시키면서 충분히 혼합한다.
실시예 6은, 비-석유계 공급원료로부터의 지속 가능한 폴리부타디엔 디올을, 열 계면 재료로서 사용될 수 있는, 적절한 특성, 예컨대 경도 및 분배 특성을 갖는, 폴리우레탄 복합체 배합물에 혼입시킨 것을 보여준다 (표 5).
비교 실시예 7: 낮은 트리올 wt% 및 낮은 NCO/OH 비의 조성물
<표 6>
Figure pct00007
비교 실시예 7은, 트리올의 수준이 30 wt% 미만으로 떨어지고 NCO/OH 비가 0.68로 떨어짐에 따라, 경화된 복합체가 충분한 가교결합이 부족하여 너무 부드럽고 일체성을 잃은 것을 보여준다 (표 6).
비교 실시예 8: 펜던트 기를 갖지 않는 가요성 폴리우레탄
<표 7>
Figure pct00008
비교 실시예 8을 하기 방법에 따라 제조하였다. 파트 A를 플락텍에 의해 제조된 스피드 믹서 장치 (모델 DAC 150 FVZ-K)를 사용하여 제조하였다. 파트 A를 2000 RPM에서 30초 동안 혼합하였다. 파트 B를 플락텍에 의해 제조된 스피드 믹서 장치 (모델 DAC 150 FVZ-K)를 사용하여 제조하였다. 파트 B를 2000 RPM에서 30초 동안 혼합하였다. 혼합 장치로서 50 cc 또는 200 cc 2K 카트리지가 장착된 록타이트 이중 카트리지 도포기 및 상기 카트리지의 단부에 부착된 6.3-21 정적 믹서에서 0.52 MPa 하에 1분 동안 파트 A와 파트 B를 혼합함으로써 경화된 복합체를 수득하였다. 분배 동안에, 파트 A 및 파트 B를 전형적으로 0.5 내지 0.65 MPa의 범위의 인가된 압력 하에 정적 믹서에 통과시키면서 충분히 혼합한다.
비교 실시예 8에서, 톨릴렌 2,4-디이소시아네이트 종결된 폴리(프로필렌 글리콜)을 알드리치(Aldrich)로부터 수득하였다. 이러한 재료는 ~2300 g/mol의 MW를 가지며 그것의 이소시아네이트 수준은 ~3.6 wt%이다. 이러한 디자인에서, 1.0에 가까운 NCO/OH 비 (0.96)가 선택될 수 있고, 따라서 거의 모든 반응성 기가 소모되며 비유의한 양의 트리올/디올 또는 디-이소시아네이트가 경화 후에 긴 펜던트 기에 기여할 수 있다. 경화 후에, 의도된 응용분야에 적합하지 않은 96 쇼어 OO 경도를 갖는 경질 복합체가 수득되었다 (표 7).
톨릴렌 2,4-디이소시아네이트 종결된 폴리(프로필렌 글리콜)은 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00009

Claims (28)

  1. 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리우레탄 수지 전체에 분산된 열 전도성 충전제를 포함하는 조성물이며, 여기서 폴리우레탄 수지는
    트리올을 포함하는 제1 파트, 및
    이소시아네이트-관능화된 성분을 포함하는 제2 파트
    를 포함하는 두 개의 파트들로부터 형성되고,
    여기서 제1 파트 및 제2 파트 중 적어도 하나가 열 전도성 충전제 재료를 포함하는 것인
    조성물.
  2. 제1항에 있어서, 트리올이, 폴리프로필렌 글리콜 트리올, 폴리(트리메틸렌) 글리콜 트리올, 폴리(테트라메틸렌 에테르) 글리콜 트리올, 2-메틸-1,3-프로판디올 아디페이트 트리올을 포함하는 군으로부터 선택된 소수성의 낮은 유리 전이 온도 트리올인 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 트리올이 약 200 내지 약 5000 g/mol 범위의 분자량을 갖는 것인 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 제1 파트가 디올을 추가로 포함하는 것인 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 디올이 약 200 내지 약 5000 g/mol 범위의 분자량을 갖는 것인 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 트리올이 제1 파트의 총 중량을 기준으로 약 29 wt% 내지 약 100 wt%의 양으로 제1 파트에 존재하는 것인 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 이소시아네이트-관능화된 성분이 이관능성 지방족 이소시아네이트인 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 이소시아네이트-관능화된 성분이 약 100 g/mol 초과의 분자량을 갖는 펜던트 기를 포함하는 것인 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 이소시아네이트-관능화된 성분의 펜던트 기가 폴리에테르, 선형 또는 분지형 알킬, 에스테르, 폴리에스테르이며, 이는 불포화 또는 헤테로원자, 또는 그의 조합을 함유할 수 있는 것인 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 제1 파트 및 제2 파트 각각이 약 5000 g/mol 미만의 분자량 및 실온에서 약 3000 mPa·s 미만의 점도를 갖는 것인 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 열 전도성 충전제 재료가 제1 파트의 총 중량을 기준으로 약 30-95 wt% 범위의 양으로 제1 파트에 존재하는 것인 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 열 전도성 충전제 재료가 제2 파트의 총 중량을 기준으로 약 30-95 wt% 범위의 양으로 제2 파트에 존재하는 것인 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 충전제가 제1 파트의 총 중량을 기준으로 약 85 wt% 내지 약 95 wt%의 양으로 제1 파트에 존재하는 것인 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 충전제가 제2 파트의 총 중량을 기준으로 약 85 wt% 내지 약 95 wt%의 양으로 제2 파트에 존재하는 것인 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 촉매를 추가로 포함하는 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 제1 파트가 촉매를 추가로 포함하는 것인 조성물.
  17. 제14항에 있어서, 촉매가 아민 촉매 및 Sn, Zn, Bi, Zr, V 또는 Ti를 기재로 하는 금속 촉매를 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
  18. 제14항에 있어서, 촉매가 Zn 기재의 착물, Bi 기재의 착물 또는 그의 조합인 조성물.
  19. 제1항에 있어서, 제1 파트 및/또는 제2 파트가 산화방지제 블렌드, 안료, 소포제, 상 변화 물질, 레올로지 개질제, 가소제, 수분 스캐빈저 또는 그의 조합을 추가로 포함하는 것인 조성물.
  20. 제18항에 있어서, 제2 파트가 수분 스캐빈저를 추가로 포함하고, 여기서 상기 수분 스캐빈저는 옥사졸리딘, p-톨루엔술포닐 이소시아네이트, 비닐 옥시 실란 및 그의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
  21. 제1항에 있어서, 제1 파트 및 제2 파트가 산화알루미늄, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연을 포함하는 군으로부터 선택되는 열 전도성 충전제 재료를 포함하는 것인 조성물.
  22. 제1항에 있어서, 조성물에서 OH에 대한 NCO의 비가 약 1.3 미만인 조성물.
  23. 제1항에 있어서, 실온에서 경화될 수 있는 조성물.
  24. 제1항에 있어서, 경화된 조성물이 약 -40℃ 내지 약 125℃에서 열 안정성인 조성물.
  25. 제1항에 있어서, 경화 후에 조성물이 약 90 미만의 쇼어 OO 경도를 갖는 것인 조성물.
  26. 제1항에 있어서, 바람직하게는 2-파트 갭 충전제 또는 예비경화된 갭 패드 형태로 열 계면 재료 (TIM)로서 사용하기 위한 조성물.
  27. 열원, 히트 싱크, 및 그 사이에 배치된 제1항의 조성물을 포함하는 전자 장치.
  28. 제25항에 있어서, 열원과 히트 싱크 사이에 공기가 배치되지 않는 것인 전자 장치.
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