KR20220012487A - Organic-inorganic complexed filler and heat-dissipating composition comprising the same - Google Patents

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강성균
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Abstract

The present invention relates to an organic-inorganic composite filler and a heat dissipation composition comprising the same. The organic-inorganic composite filler attaches a plate-shaped thermally conductive inorganic particle to a crosslinked polymer particle having specific physical properties through a coating layer to have a very low density and a very high filling rate compared to a conventional heat dissipation additive, and can further improve thermal conductivity, which has reached the limit of the same in the past.

Description

유무기 복합 필러 및 이를 포함하는 방열성 조성물{ORGANIC-INORGANIC COMPLEXED FILLER AND HEAT-DISSIPATING COMPOSITION COMPRISING THE SAME}Organic-inorganic composite filler and heat dissipation composition comprising the same

본 발명은 유무기 복합 필러 및 이를 포함하는 방열성 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an organic-inorganic composite filler and a heat dissipation composition comprising the same.

최근 전자기기에서만 아니라 다른 다양한 분야에서 방열 특성이 우수한 방열 제품들이 요구되고 있다. 더욱이, 고속화 집적화가 이루어지는 반도체 디바이스 등은 점차 소형 경량화 및 박형화 되는 반면 발열량은 증가하고 있다. 그러므로 보다 높은 성능의 방열제품들이 요구되고 있다.Recently, heat dissipation products with excellent heat dissipation characteristics are required not only in electronic devices but also in various other fields. In addition, semiconductor devices, etc., in which high-speed integration is achieved, are gradually reduced in size, weight, and thickness, while the amount of heat generated is increasing. Therefore, higher performance heat dissipation products are required.

현재 방열제품은 전기전도성 방열제품과 비전기전도성 방열제품으로 크게 나뉘며 주로, 금속, 세라믹, 방열 실리콘 등이 사용되고 있다. 비전기전도성 방열 실리콘의 경우, 수지에 무기 필러(filler)를 첨가하여 사용하는데, 주로 사용되는 무기 소재가 비전기전도성이면서 열전도성이 우수한 이산화규소(SiO2), 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 등의 무기 필러가 많이 사용되고 있으며, 용도와 특성에 따라 적용된다. 하지만, 각각의 무기 필러들은 열전도성의 차이가 크고 가격 차이도 많기 때문에 사용상 다양한 제약이 있다.Currently, heat dissipation products are largely divided into electrically conductive heat dissipation products and non-conductive heat dissipation products, and metal, ceramic, heat dissipation silicon, etc. are mainly used. In the case of non-conductive heat dissipation silicone, an inorganic filler is added to the resin and used. The mainly used inorganic materials are silicon dioxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), non-conductive and excellent in thermal conductivity, Inorganic fillers such as boron nitride (BN) and aluminum nitride (AlN) are widely used, and are applied depending on the purpose and characteristics. However, since each inorganic filler has a large difference in thermal conductivity and a large price difference, there are various restrictions in use.

이산화규소는 가격이 저렴한 반면에 열전도성이 상대적으로 떨어지는 단점이 있으며, 질화붕소와 질화알루미늄은 열전도율이 높은 반면에 가격이 상당히 높다는 단점이 있다. 그래서 최근에는 이산화규소 보다 상대적으로 열전도율이 높은 알루미나 필러가 많이 채용되고 있다. 다만, 알루미나는 자체 밀도가 높아 이러한 필러를 포함하는 제품의 질량이 커지고, 경도가 높아 공정 중 장비 마모가 필연적으로 발생한다.Silicon dioxide has a disadvantage in that it is inexpensive but has relatively poor thermal conductivity, and boron nitride and aluminum nitride have a disadvantage in that they are very expensive while having high thermal conductivity. Therefore, in recent years, alumina fillers having relatively higher thermal conductivity than silicon dioxide have been widely employed. However, since alumina has a high density, the mass of a product containing such a filler increases, and the hardness is high, so equipment wear inevitably occurs during the process.

더욱이, 충전율을 높여 열전도성을 극대화하기 위해서는 구상 형태로 형성하는 것이 좋은데, 알루미나 및 이산화규소는 구상형태로 제조할 수 있지만, 질화붕소나 질화알루미늄은 구형화하는 것이 어려워 충전율이 떨어지는 문제가 있다. 대한민국 공개특허 제10-2013-0051456호도 열전도율을 높이기 위해 구상 알루미나와 육방정 질화붕소를 혼합하였으나, 상기에서 지적한 바와 같이 질화붕소는 구형화하는 것이 어려워 충전율이 떨어진다.Moreover, it is good to form a spherical shape in order to maximize the thermal conductivity by increasing the filling rate. Alumina and silicon dioxide can be manufactured in a spherical shape, but boron nitride or aluminum nitride is difficult to sphericalize, so the filling rate is poor. Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0051456 also mixed spherical alumina and hexagonal boron nitride to increase thermal conductivity.

또한, 이렇게 충전율이 떨어지면 가격 대비 열전도성에 대한 효과가 떨어져 열전도성에서 큰 효과를 얻기 어렵고, 점도가 급격히 상승하여 추가 공정이 불가능한 문제가 있다. 그럼에도, 최근에는 전자기기의 다양화 및 소형화로 인해 높은 방열 특성을 가지는 소형의 방열제품에 대한 요구가 점점 더 많아지고 있다.In addition, when the filling rate is reduced in this way, the effect on thermal conductivity is lowered compared to the price, so it is difficult to obtain a large effect in thermal conductivity, and there is a problem that an additional process is impossible because the viscosity is rapidly increased. Nevertheless, in recent years, due to the diversification and miniaturization of electronic devices, the demand for small heat dissipation products having high heat dissipation characteristics is increasing.

본 발명은 유무기 복합 필러를 제공한다. The present invention provides an organic-inorganic composite filler.

본 발명은 또한 상기 유무기 복합 필러를 포함하는 방열성 조성물을 제공한다. The present invention also provides a heat dissipation composition comprising the organic-inorganic composite filler.

이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 유무기 복합 필러 및 이를 포함하는 방열성 조성물 등에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, an organic-inorganic composite filler and a heat dissipation composition including the same according to specific embodiments of the present invention will be described.

발명의 일 구현예에 따르면, 압축 강도가 0.01 내지 2.0 kgf/mm2인 가교 고분자 입자; 상기 가교 고분자 입자 표면에 위치하고 고분자 바인더를 포함하는 코팅층; 및 상기 코팅층을 매개로 상기 가교 고분자 입자에 부착된 판상의 열전도성 무기 입자를 포함하는 유무기 복합 필러가 제공된다. According to one embodiment of the invention, the cross-linked polymer particles having a compressive strength of 0.01 to 2.0 kgf / mm 2 ; a coating layer positioned on the surface of the crosslinked polymer particle and including a polymer binder; and an organic-inorganic composite filler comprising plate-shaped thermally conductive inorganic particles attached to the crosslinked polymer particles via the coating layer.

방열 제품에 첨가되는 방열성 첨가제의 형상은 판상형 보다는 xy 방향뿐 아니라 z 방향에 대해서도 방열 성능을 나타낼 수 있는 구형이 유리하다. 그러나, 구형의 방열성 첨가제의 열전도도는 이미 한계에 도달하였으며, 판상형의 방열성 첨가제를 구형화하는 것은 매우 어렵다. The shape of the heat-dissipating additive added to the heat-dissipating product is advantageous to a spherical shape that can exhibit heat dissipation performance in the z-direction as well as the xy-direction rather than the plate-like shape. However, the thermal conductivity of the spherical heat-dissipating additive has already reached its limit, and it is very difficult to sphericalize the plate-shaped heat-dissipating additive.

이에 본 발명자들은 특정 물성을 가지는 가교 고분자 입자에 코팅층을 매개로 판상의 열전도성 무기 입자를 부착할 경우, 코어 입자를 가교 고분자 입자로 구성함으로써 장치의 마모 등을 억제하면서 파쇄 없이 열전도성 입자를 부착할 수 있고 방열성 첨가제의 밀도를 낮춰 충전율을 더욱 높일 수 있으며 기존에 한계에 도달한 열전도도를 더욱 향상시킬 수 있음을 실험을 통해 확인하고 본 발명을 완성하였다. Therefore, the inventors of the present invention, when attaching plate-shaped thermally conductive inorganic particles to crosslinked polymer particles having specific physical properties through a coating layer, by composing the core particles with crosslinked polymer particles to suppress device wear and the like, and attach thermally conductive particles without crushing Through experiments, it was confirmed through experiments that it is possible to further increase the filling rate by lowering the density of the heat-dissipating additive, and to further improve the thermal conductivity that reached the limit previously, and completed the present invention.

이하, 일 구현예에 따른 유무기 복합 입자에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the organic-inorganic composite particles according to an embodiment will be described in detail.

상기 유무기 복합 입자의 코어를 구성하는 가교 고분자 입자는 가교 구조를 포함하여 고온에 장시간 노출되더라도 열분해되거나 가스를 방출할 우려가 없이 우수한 내구성을 유지하여 지속적으로 방열 특성을 나타내는 유무기 복합 필러를 제공할 수 있다. The cross-linked polymer particles constituting the core of the organic-inorganic composite particles include a cross-linked structure and maintain excellent durability without fear of thermal decomposition or gas emission even when exposed to high temperatures for a long time to provide an organic-inorganic composite filler that continuously exhibits heat dissipation properties can do.

이러한 가교 고분자 입자는 압축 강도가 0.01 내지 2.0 kgf/mm2, 0.10 내지 1.95 kgf/mm2, 0.20 내지 1.90 kgf/mm2, 또는 0.30 내지 1.87 kgf/mm2일 수 있다.The crosslinked polymer particles may have a compressive strength of 0.01 to 2.0 kgf/mm 2 , 0.10 to 1.95 kgf/mm 2 , 0.20 to 1.90 kgf/mm 2 , or 0.30 to 1.87 kgf/mm 2 .

가교 고분자 입자로서 압축 강도가 0.01 kgf/mm2 미만인 것은 제조하기 어려우며, 압축 강도가 0.01 kgf/mm2 미만인 비가교 고분자 입자는 전술한 바와 같이 고온에서 열분해되거나 가스를 방출할 우려가 있으며, 방열 특성을 발현하는 중에 본래의 구형도를 유지하기 어려워 방열성 첨가제로 사용하기 어렵다. As crosslinked polymer particles, those having a compressive strength of less than 0.01 kgf/mm 2 are difficult to manufacture, and non-crosslinked polymer particles having a compressive strength of less than 0.01 kgf/mm 2 may be thermally decomposed or release gas at high temperatures as described above, and heat dissipation characteristics It is difficult to maintain the original sphericity during expression, so it is difficult to use it as a heat dissipation additive.

상기 가교 고분자 입자는 상술한 범위의 낮은 압축 강도로 인해 유무기 복합 필러를 제조하는 동안 장치를 마모시키지 않고, 유무기 복합 필러가 첨가되는 전자기기 등의 방열제품에 손상을 가하지 않을 수 있다. 또한, 상기 가교 고분자 입자의 낮은 압축 강도로 인해 판상의 열전도성 무기 입자가 파쇄되지 않고 잘 부착되어 열전도성 코어 입자에 판상의 열전도성 무기 입자를 코팅한 경우보다도 높은 열전도도를 나타낼 수 있다. The cross-linked polymer particles do not wear the device during manufacturing of the organic-inorganic composite filler due to the low compressive strength in the above range, and may not damage heat-dissipating products such as electronic devices to which the organic-inorganic composite filler is added. In addition, due to the low compressive strength of the crosslinked polymer particles, the plate-shaped thermally conductive inorganic particles are not crushed and adhere well, so that the thermally conductive core particles are coated with the plate-shaped thermally conductive inorganic particles.

상기 가교 고분자 입자는 유리전이온도가 120 ℃ 이상 혹은 150 ℃ 이상이거나 유리전이온도가 존재하지 않아 열 안정성이 우수한 것이 유리하다. It is advantageous that the crosslinked polymer particles have a glass transition temperature of 120° C. or higher or 150° C. or higher, or have no glass transition temperature and thus have excellent thermal stability.

상기 가교 고분자 입자의 함수율은 0 내지 1 중량%로 낮을 수 있다. 만일 함수율이 상기 범위를 넘어서면 코어에 열전도성 무기 입자를 부착하는 유무기 복합 필러의 제조 과정에서 발생하는 열이나 혹은 유무기 복합 필러가 방열 제품에 적용된 이후 발생하는 열에 의해 코어의 내부 수분이 방출되어 코어에 부착된 열전도성 무기 입자가 탈착되어 원하는 방열 성능을 구현하지 못하거나 유무기 복합 필러가 적용된 전자 제품의 형상을 변형시키는 등 손상을 초래할 수 있다. 따라서, 상기 가교 고분자 입자로는 상술한 범위의 함수율을 가지는 것을 사용함으로써, 가교 고분자 입자 상에 코팅층 및 상기 코팅층을 매개로 열전도성 무기 입자가 잘 부착될 수 있으며, 유무기 복합 필러가 첨가되는 전자기기 등의 방열 제품에 손상을 가하지 않을 수 있다. The moisture content of the crosslinked polymer particles may be as low as 0 to 1 wt%. If the moisture content exceeds the above range, the internal moisture of the core is released by the heat generated during the manufacturing process of the organic/inorganic composite filler that attaches the thermally conductive inorganic particles to the core or the heat generated after the organic/inorganic composite filler is applied to a heat-dissipating product. As a result, the thermally conductive inorganic particles attached to the core may be desorbed, which may cause damage, such as failing to realize desired heat dissipation performance, or deforming the shape of electronic products to which organic/inorganic composite fillers are applied. Therefore, by using the crosslinked polymer particles having a moisture content in the above range, the coating layer and the thermally conductive inorganic particles through the coating layer can be well attached to the crosslinked polymer particles, and the organic-inorganic composite filler is added. It may not damage heat dissipation products such as devices.

상기 가교 고분자 입자는 구형도가 0.9 내지 1, 0.93 내지 1 또는 0.94 내지 1 일 수 있다. 구형도는 1에 접할수록 진구(眞球)에 가까운 것을 의미하며, 가교 고분자 입자가 상술한 구형도를 가짐으로써 판상형 열전도성 무기 입자를 사용하더라도 전방위로 방열 특성을 나타내는 유무기 복합 필러를 제공할 수 있다. The crosslinked polymer particles may have a sphericity of 0.9 to 1, 0.93 to 1, or 0.94 to 1. The sphericity means that it is closer to a true sphere as it comes into contact with 1, and since the crosslinked polymer particles have the above-mentioned sphericity, even if plate-shaped thermally conductive inorganic particles are used, it is possible to provide an organic-inorganic composite filler that shows heat dissipation properties in all directions. can

상기 가교 교분자 입자의 평균 입도(D50)는 5 내지 50 ㎛, 10 내지 45 ㎛, 또는 20 내지 40 ㎛ 일 수 있다. 이러한 범위 내에서 상기 가교 고분자 입자 상에 판상의 열전도성 무기 입자가 뭉치지 않고 고르게 코팅될 수 있으며, 유무기 복합 필러의 충전율을 증가시킬 수 있다. The average particle size (D50) of the crosslinked crosslinked molecule particles may be 5 to 50 μm, 10 to 45 μm, or 20 to 40 μm. Within this range, the plate-shaped thermally conductive inorganic particles may be uniformly coated on the crosslinked polymer particles without agglomeration, and the filling rate of the organic-inorganic composite filler may be increased.

상기 가교 고분자 입자는 상술한 특성을 충족하는 것이라면 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 다양한 고분자의 가교 입자가 사용될 수 있다. As the cross-linked polymer particles, as long as they satisfy the above-described characteristics, various cross-linked polymer particles known in the art to which the present invention pertains may be used.

일 예로, 상기 가교 고분자 입자는 아크릴계 고분자, 스티렌계 고분자, 우레탄계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 고분자의 가교 입자이거나 혹은 아크릴레이트-스티렌 공중합체의 가교 입자일 수 있다. For example, the crosslinked polymer particles may be crosslinked particles of one or more polymers selected from the group consisting of acrylic polymers, styrene polymers, and urethane polymers, or crosslinked particles of an acrylate-styrene copolymer.

상기 가교 고분자 입자 표면에는 고분자 바인더를 포함하는 코팅층이 위치한다. 상기 코팅층을 통해 열전도성 무기 입자는 상기 가교 고분자 입자의 표면에 부착될 수 있다. A coating layer including a polymer binder is positioned on the surface of the crosslinked polymer particle. The thermally conductive inorganic particles may be attached to the surface of the crosslinked polymer particles through the coating layer.

상기 코팅층을 구성하는 고분자 바인더의 유리전이온도(Tg)는 80 내지 150 ℃, 90 내지 140 ℃, 또는 100 내지 130 ℃일 수 있다. 이러한 범위 내에서 가교 고분자 입자에 고분자 바인더 코팅 시 가교 고분자 입자의 응집을 억제할 수 있고, 고분자 바인더가 가교 교분자 입자 상에 원활하게 코팅될 수 있다.The glass transition temperature (Tg) of the polymer binder constituting the coating layer may be 80 to 150 °C, 90 to 140 °C, or 100 to 130 °C. Within this range, when the polymer binder is coated on the cross-linked polymer particles, aggregation of the cross-linked polymer particles can be suppressed, and the polymer binder can be smoothly coated on the cross-linked polymer particles.

상기 고분자 바인더는 가교 고분자 입자와 열전도성 무기 입자 간의 부착력을 높일 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB) 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The polymer binder is not particularly limited as long as it is a material capable of increasing the adhesion between the crosslinked polymer particles and the thermally conductive inorganic particles, but for example, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral ( PVB) and may be at least one selected from the group consisting of acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin.

상기 코팅층을 매개로 열전도성 무기 입자는 가교 고분자 입자에 부착될 수 있다. The thermally conductive inorganic particles may be attached to the crosslinked polymer particles via the coating layer.

상기 유무기 복합 필러는 열전도성 무기 입자로서 구형화하기 어려워 충전율이 낮은 판상의 열전도성 무기 입자를 사용하여, 이들을 구 형태로 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유무기 복합 필러는 구형의 가교 고분자 입자에 상기 코팅층을 매개로 판상의 열전도성 무기 입자가 부착된 형태로 제공됨에 따라 판상의 열전도성 무기 입자를 포함하지만 충전율이 높은 구형으로 제공되며, 기존의 구형의 방열성 첨가제의 열전도도를 뛰어넘는 우수한 열전도도를 나타낼 수 있다. The organic-inorganic composite filler may be provided in a spherical form by using plate-shaped thermally conductive inorganic particles having a low filling rate because they are difficult to be spherical as thermally conductive inorganic particles. More specifically, the organic-inorganic composite filler includes plate-shaped thermally conductive inorganic particles as it is provided in a form in which the plate-shaped thermally conductive inorganic particles are attached to the spherical crosslinked polymer particles via the coating layer, but provided in a spherical shape with a high filling rate And it can exhibit excellent thermal conductivity that exceeds the thermal conductivity of the existing spherical heat dissipation additive.

상기 판상의 열전도성 무기 입자는 평균 직경을 두께로 나눈 값인 종횡비(aspect ratio)가 3 내지 1000, 4 내지 500 또는 5 내지 250일 수 있다. 상기 종횡비는 판상의 열전도성 무기 입자의 넓은 면(xy 면)의 여러 방향에서 측정한 지름의 평균값을 판상의 열전도성 무기 입자의 두께(z 축)로 나눈 값이다. 상기 열전도성 무기 입자는 상술한 범위의 종횡비를 가짐으로써 가교 고분자 입자에 부착 시 파쇄되는 것을 방지할 수 있고, 가교 고분자 입자에 부착될 때 열전도성 무기 입자끼리 서로 부착되어 가교 고분자 입자에 열전도성 무기 입자가 더욱 견고하게 부착될 수 있다. The plate-shaped thermally conductive inorganic particles may have an aspect ratio that is a value obtained by dividing an average diameter by a thickness of 3 to 1000, 4 to 500, or 5 to 250. The aspect ratio is a value obtained by dividing the average value of diameters measured in various directions of the broad surface (xy plane) of the plate-shaped thermally conductive inorganic particles by the thickness (z-axis) of the plate-shaped thermally conductive inorganic particles. Since the thermally conductive inorganic particles have an aspect ratio within the above-mentioned range, they can be prevented from being crushed when attached to the crosslinked polymer particles. The particles can be more firmly attached.

상기 열전도성 무기 입자의 비커스 경도(Vichers hardness)는 0.01 내지 1 GPa 일 수 있다. 이러한 범위 내에서 가교 고분자 입자에 파쇄 없이 부착될 수 있다. The thermally conductive inorganic particles may have a Vichers hardness of 0.01 to 1 GPa. Within this range, it can be attached to the crosslinked polymer particles without crushing.

상기 열전도성 무기 입자로는 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 이 중에서도 상기 열전도성 무기 입자로는 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 열전도성 무기 입자로는 질화붕소가 사용될 수 있다. The thermally conductive inorganic particles include boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), magnesium oxide (MgO), zinc oxide (ZnO) and aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ). One or more selected types may be used. Among them, boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), or a mixture thereof may be used as the thermally conductive inorganic particles. For example, boron nitride may be used as the thermally conductive inorganic particles.

상기 유무기 복합 필러는 가교 고분자 입자 및 고분자 바인더를 교반하여 가교 고분자 입자의 표면에 코팅층을 형성한 후, 열전도성 무기 입자를 첨가하여 교반함으로써 제조될 수 있다. 이로써, 상기 유무기 복합 필러는 고분자 바인더를 포함하는 코팅층 상에 열전도성 무기 입자를 포함하는 별도의 코팅층을 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 고분자 바인더를 포함하는 코팅층을 제 1 코팅층으로 호칭하고, 열전도성 무기 입자를 포함하는 코팅층을 제 2 코팅층으로 호칭할 수 있다. The organic-inorganic composite filler may be prepared by stirring the cross-linked polymer particles and a polymer binder to form a coating layer on the surface of the cross-linked polymer particles, and then adding and stirring the thermally conductive inorganic particles. Accordingly, the organic-inorganic composite filler may include a separate coating layer including thermally conductive inorganic particles on the coating layer including the polymer binder. In the present specification, a coating layer including a polymer binder may be referred to as a first coating layer, and a coating layer including thermally conductive inorganic particles may be referred to as a second coating layer.

상기 제 1 및 2 코팅층의 두께는 약 0.1 내지 2 ㎛로 조절되어 상기 가교 고분자 입자 표면에 뭉침 없이 열전도성 무기 입자가 충분히 부착되어 열전도도를 더욱 향상시킬 수 있다. 만일 두께가 2 ㎛를 초과하면 부착되지 않은 열전도성 무기 입자가 많아져 잔류물이 증가하고 이를 포함하는 방열성 조성물의 점도를 증가시키는 문제를 야기할 수 있다.The thickness of the first and second coating layers is adjusted to about 0.1 to 2 μm, so that the thermally conductive inorganic particles are sufficiently attached to the surface of the crosslinked polymer particles without agglomeration, thereby further improving thermal conductivity. If the thickness exceeds 2 μm, the number of non-attached thermally conductive inorganic particles increases, which may cause a problem of increasing the residue and increasing the viscosity of the heat dissipating composition including the same.

상기 제 1 및 제 2 코팅층의 두께는 이론 코팅 두께로서 가교 고분자 입자에 제 1 및 제 2 코팅층을 형성하고 증가된 부피를 가교 고분자 입자의 평균 입도에서 추가된 지름으로 환산하여 구할 수 있다. 구체적으로, 상기 이론 코팅 두께는 반지름이 r인 가교 고분자 부피를 1이라고 가정하였을 때 가교 고분자 입자 대비 투입된 판상의 열전도성 무기 입자의 부피 V를 식 2를 통해 도출된 식 3에 대입하여 계산되는 증가된 두께로 규정할 수 있다. The thicknesses of the first and second coating layers are theoretical coating thicknesses, and can be obtained by forming the first and second coating layers on the crosslinked polymer particles and converting the increased volume into the added diameter from the average particle size of the crosslinked polymer particles. Specifically, the theoretical coating thickness is an increase calculated by substituting the volume V of the injected plate-shaped thermally conductive inorganic particles compared to the crosslinked polymer particles into Equation 3 derived through Equation 2, assuming that the volume of the crosslinked polymer having a radius of r is 1. thickness can be specified.

[식 2][Equation 2]

1 : (1 + V) = 3/4 * ð * r3 : 3/4 * ð * (r + x)3 1 : (1 + V) = 3/4 * ð * r 3 : 3/4 * ð * (r + x) 3

[식 3][Equation 3]

x = r * (1 + V)1/3 - rx = r * (1 + V) 1/3 - r

엄밀히 말해 상기 식 3에 대입되는 V는 판상의 열전도성 무기 입자와 고분자 바인더의 부피 값이어야 하나, 고분자 바인더의 부피는 열전도성 무기 입자에 비해 매우 작아 고분자 바인더 부피의 포함 여부에 따른 이론 코팅 두께 차이가 매우 근소하여 본 명세서의 이론 코팅 두께는 판상의 열전도성 무기 입자의 부피를 대입하여 구한 값으로 정의하였다. Strictly speaking, V substituted in Equation 3 should be the volume value of the plate-shaped thermally conductive inorganic particles and the polymer binder, but the volume of the polymer binder is very small compared to the thermally conductive inorganic particles, so the theoretical coating thickness difference depending on whether the volume of the polymer binder is included is very small, so the theoretical coating thickness of the present specification was defined as a value obtained by substituting the volume of the plate-shaped thermally conductive inorganic particles.

상기 유무기 복합 필러에서 코어를 구성하는 가교 고분자 입자는 열전도성 무기 입자의 평균 직경의 1.5 배 이상, 2 배 이상 또는 3 배 이상 큰 평균 입도를 가질 수 있다. 이러한 범위 내에서 열전도성 무기 입자가 가교 고분자 입자에 부착 시 파쇄되는 것을 방지할 수 있고, 가교 고분자 입자에 부착될 때 열전도성 무기 입자끼리 서로 부착되어 가교 고분자 입자에 열전도성 무기 입자가 더욱 견고하게 부착될 수 있다. 상기 범위의 상한은 특별히 한정되지 않으며, 비제한적인 예로 가교 고분자 입자는 열전도성 무기 입자의 평균 직경의 10 배 이하, 8 배 이하의 평균 입도를 가질 수 있다. In the organic-inorganic composite filler, the crosslinked polymer particles constituting the core may have an average particle size of 1.5 times or more, 2 times or more, or 3 times or more of the average diameter of the thermally conductive inorganic particles. Within this range, it is possible to prevent the thermally conductive inorganic particles from being crushed when they are attached to the crosslinked polymer particles. can be attached. The upper limit of the above range is not particularly limited, and as a non-limiting example, the crosslinked polymer particles may have an average particle size of 10 times or less and 8 times or less of the average diameter of the thermally conductive inorganic particles.

상기 유무기 복합 필러는 가교 고분자 입자 100 중량부에 대하여 고분자 바인더를 5 내지 40 중량부 또는 7 내지 38 중량부로 포함하고, 열전도성 무기 입자를 10 내지 80 중량부 또는 15 내지 77 중량부로 포함할 수 있다. 이러한 범위 내에서 가교 고분자 입자에 열전도성 무기 입자를 견고하게 부착할 수 있으며, 열전도성 무기 입자의 응집이나 잔류물을 최소화할 수 있다. The organic-inorganic composite filler may contain 5 to 40 parts by weight or 7 to 38 parts by weight of the polymer binder based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer particles, and 10 to 80 parts by weight or 15 to 77 parts by weight of the thermally conductive inorganic particles. have. Within this range, the thermally conductive inorganic particles can be firmly attached to the crosslinked polymer particles, and aggregation or residues of the thermally conductive inorganic particles can be minimized.

한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 유무기 복합 필러를 포함하는 방열성 조성물이 제공된다.On the other hand, according to another embodiment of the invention, there is provided a heat dissipation composition comprising the organic-inorganic composite filler.

상기 방열성 조성물은 전술한 유무기 복합 필러를 포함하여 낮은 밀도, 높은 충전율 및 높은 열전도도를 나타낼 수 있다. The heat-dissipating composition may include the above-described organic-inorganic composite filler to exhibit low density, high filling rate, and high thermal conductivity.

상기 방열성 조성물은 유무기 복함 필러의 기재 역할을 할 수 있는 베이스 수지 혹은 이를 제공할 수 있는 단량체나 올리고머를 포함할 수 있다. 상기 베이스 수지 혹은 이를 제공할 수 있는 단량체나 올리고머로는 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 다양한 것들이 사용될 수 있다. The heat dissipation composition may include a base resin capable of serving as a base material for the organic-inorganic complex filler, or a monomer or oligomer capable of providing the same. As the base resin or a monomer or oligomer capable of providing the same, various ones known in the art to which the present invention pertains may be used.

일 예로, 상기 베이스 수지 혹은 이를 제공할 수 있는 단량체나 올리고머로는 우수한 방열 특성 및 충격 흡수 특성을 갖는 물질을 사용할 수 있다. 이러한 물질의 구체적인 예로는 열경화성 실리콘 고무 화합물, 일액형 열경화성 실리콘 바인더, 이액형 열경화성 실리콘 바인더, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 우레탄계 수지 또는 이들의 혼합물 등이나 이들을 제공할 수 있는 단량체나 올리고머 등을 예시할 수 있다. 상기 예시된 물질들은 자체의 우수한 점착력으로 인하여 작업 시 고정을 위해 별도의 점착층 등을 구비할 필요가 없어 최종 제품의 생산 단가를 절감시킬 수 있다. For example, as the base resin or a monomer or oligomer capable of providing the same, a material having excellent heat dissipation properties and shock absorption properties may be used. Specific examples of such materials include thermosetting silicone rubber compounds, one-component thermosetting silicone binders, two-component thermosetting silicone binders, acrylic resins, epoxy resins, urethane resins, or mixtures thereof, or monomers or oligomers that can provide them. have. The materials exemplified above do not require a separate adhesive layer or the like for fixing during operation due to their excellent adhesive strength, thereby reducing the production cost of the final product.

상기 방열성 조성물은 베이스 수지 혹은 이를 제공할 수 있는 단량체나 올리고머 총 중량 100 중량부에 대하여 상기 유무기 복합 필러를 50 내지 1000 중량부, 70 내지 1000 중량부, 또는 100 내지 1000 중량부로 포함할 수 있다. 상기 유무기 복합 필러가 포함됨에 따라, 베이스 수지 혹은 이를 제공할 수 있는 단량체나 올리고머와의 상용성이 향상될 수 있고 동일한 열전도도를 구현하기 위한 유무기 복합 필러의 체적 함량(volume %)을 낮출 수 있기 때문에 필러의 충전량을 크게 증가시킬 수 있다. 한편, 상기 유무기 복합 필러의 함량을 상술한 범위로 조절하여 우수한 열전도 특성을 구현하고, 방열성 조성물의 점도를 적절한 수준으로 제어하여 원활한 교반을 통해 방열성 조성물 내의 기포를 방출하여 우수한 열전도도를 나타낼 수 있다. The heat dissipation composition may include 50 to 1000 parts by weight, 70 to 1000 parts by weight, or 100 to 1000 parts by weight of the organic-inorganic composite filler based on 100 parts by weight of the base resin or the total weight of monomers or oligomers capable of providing the same . As the organic-inorganic composite filler is included, compatibility with the base resin or a monomer or oligomer capable of providing it can be improved, and the volume content (volume %) of the organic-inorganic composite filler for implementing the same thermal conductivity can be lowered. Therefore, it is possible to significantly increase the filling amount of the filler. On the other hand, excellent thermal conductivity is realized by controlling the content of the organic-inorganic composite filler to the above-mentioned range, and the viscosity of the heat-dissipating composition is controlled to an appropriate level to release bubbles in the heat-dissipating composition through smooth stirring, thereby exhibiting excellent thermal conductivity. have.

한편, 상기 방열성 조성물은 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄화규소, 산화마그네슘, 산화아연 및 수산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 제 2 열전도성 무기 입자를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 제 2 열전도성 무기 입자는 상기 유무기 복합 필러에 포함되는 열전도성 무기 입자와 구분되는 것으로, 상기 베이스 수지 혹은 이를 제공할 수 있는 단량체나 올리고머 등에 분산될 수 있으며, 방열 소재의 열전도 특성 및/또는 전자파 흡수 성능을 향상시키기 위한 부수적인 필러로 첨가될 수 있다. Meanwhile, the heat dissipating composition may further include one or more second thermally conductive inorganic particles selected from the group consisting of alumina, boron nitride, aluminum nitride, silicon carbide, magnesium oxide, zinc oxide, and aluminum hydroxide. These second thermally conductive inorganic particles are to be distinguished from thermally conductive inorganic particles included in the organic-inorganic composite filler, and may be dispersed in the base resin or a monomer or oligomer capable of providing the same, and the thermal conductivity properties of the heat dissipation material and / Alternatively, it may be added as an additional filler to improve electromagnetic wave absorption performance.

이에 따라, 상기 방열성 조성물은 상기 유무기 복합 필러 및 제 2 열전도성 무기 입자를 1:0.4 내지 3의 부피비로 포함할 수 있다. 상기 유무기 복합 필러 및 제 2 열전도성 무기 입자의 부피비가 1:0.4 미만이면 추가적으로 필러 유닛을 첨가함으로 인한 효과가 나타나지 않을 수 있고, 1:3 초과하면 방열성 첨가제가 조성물에 균일하게 배합되지 않으며, 조성물의 점도를 증가시켜 공정성을 저해할 수 있다.Accordingly, the heat dissipation composition may include the organic-inorganic composite filler and the second thermally conductive inorganic particles in a volume ratio of 1:0.4 to 3. If the volume ratio of the organic-inorganic composite filler and the second thermally conductive inorganic particles is less than 1:0.4, the effect of adding the filler unit may not appear, and if it exceeds 1:3, the heat dissipation additive is not uniformly blended into the composition, Increasing the viscosity of the composition may impair fairness.

상기 방열성 조성물은 또한 필요에 따라 산화방지제, 형광증백제, 광안정제, 윤활제, 안료, 염료, 이형제, 가교제, 내마찰 마모제, 반응형 화합물, 난연제, 금속 불활성제, 대전 방지제, 커플링제 등을 추가로 포함할 수 있다.The heat dissipating composition may also contain antioxidants, optical brighteners, light stabilizers, lubricants, pigments, dyes, mold release agents, crosslinking agents, friction and abrasive agents, reactive compounds, flame retardants, metal deactivators, antistatic agents, coupling agents, etc., as needed. may additionally include.

한편, 상기 방열성 조성물은 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 방식에 따라 방열 소재를 제공할 수 있다. 상기 방열 소재는 기재; 및 상기 기재에 분산된 유무기 복합 필러를 포함한다. Meanwhile, the heat dissipation composition may provide a heat dissipation material according to a method known in the art to which the present invention pertains. The heat dissipation material is a substrate; and an organic-inorganic composite filler dispersed in the substrate.

상기 기재는 상기 방열성 조성물에 포함된 베이스 수지 혹은 이를 제공할 수 있는 단량체 혹은 올리고머로부터 시트(Sheet) 상으로 형성된 것이고, 상기 기재에 유무기 복합 필러가 입자들이 분산되어 포함될 수 있다. The base material is formed in the form of a sheet from the base resin included in the heat dissipation composition or a monomer or oligomer capable of providing the same, and organic-inorganic composite filler particles may be dispersed and included in the base material.

상술한 바와 같이, 상기 기재 내에 분산된 유무기 복합 필러를 포함하는 방열 소재는, 저밀도의 유무기 복합 필러가 높은 비율로 충전되어 있어, 낮은 밀도 및 높은 열전도 특성을 구현할 수 있다. As described above, the heat dissipation material including the organic-inorganic composite filler dispersed in the substrate is filled with a low-density organic-inorganic composite filler at a high ratio, so that low density and high thermal conductivity can be realized.

상기 방열 소재는 0.1 내지 10.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 상기 방열 소재의 두께를 상술한 범위로 제어함으로써 가벼우면서 우수한 열전도 특성을 구현할 수 있다. The heat dissipation material may have a thickness of 0.1 to 10.0 mm. By controlling the thickness of the heat dissipation material within the above-described range, it is possible to realize light and excellent heat conduction properties.

한편, 상기 방열 소재는 단일층의 시트일 수 있고, 동일한 시트가 2개 이상이 부착된 복합 시트일 수 있으며, 또는, 단일층 시트의 일면 이상에 상이한 물성을 갖는 시트가 추가적으로 부착될 수 있다.On the other hand, the heat dissipation material may be a single-layer sheet, may be a composite sheet to which two or more of the same sheet is attached, or a sheet having different physical properties may be additionally attached to one or more surfaces of the single-layer sheet.

본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 복합 필러는 특정 물성을 가지는 가교 고분자 입자에 코팅층을 매개로 판상의 열전도성 무기 입자를 부착하여 기존의 방열성 첨가제에 비하여 밀도가 매우 낮고 충전율이 매우 높으며, 기존에 한계에 도달한 열전도도를 더욱 향상시킬 수 있다. The organic-inorganic composite filler according to an embodiment of the present invention has a very low density and a very high filling rate compared to conventional heat dissipation additives by attaching plate-shaped thermally conductive inorganic particles to crosslinked polymer particles having specific physical properties through a coating layer. It is possible to further improve the thermal conductivity that has reached its limit.

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. Hereinafter, the action and effect of the invention will be described in more detail through specific examples of the invention. However, this is presented as an example of the invention and the scope of the invention is not limited in any way by this.

제조예 1: 유무기 복합 필러의 제조Preparation Example 1: Preparation of organic-inorganic composite filler

0.50 kgf/mm2의 압축 강도, 30 ㎛의 평균입도 및 0.95의 구형도를 갖는 코어 입자(SEKISUI社 ARX 30) 10 g 및 폴리비닐피롤리돈 (PVP, 중량 평균 분자량: 10,000 g/mol, Sigma-Aldrich社, 유리전이온도 130 ℃) 3.2 g을 플레니터리 믹서(planetary mixer)에 투입하고, 1200 rpm/600 rpm(자전/공전)의 속도 및 상온에서 5 분간 교반하였다. 이후, 10 ㎛의 평균 직경을 및 0.5 ㎛의 두께를 가지는 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride) 6.4 g을 투입하고, 1200 rpm/600 rpm(자전/공전)의 속도 및 상온에서 5 분간 교반하여 유무기 복합 필러를 제조하였다.10 g of core particles (SEKISUI ARX 30) having a compressive strength of 0.50 kgf/mm 2 , an average particle size of 30 μm, and a sphericity of 0.95 and polyvinylpyrrolidone (PVP, weight average molecular weight: 10,000 g/mol, Sigma -Aldrich, glass transition temperature 130 ℃) was put into a planetary mixer (planetary mixer) 3.2 g, and stirred at a speed of 1200 rpm/600 rpm (rotation/revolution) and room temperature for 5 minutes. After that, 6.4 g of hexagonal boron nitride having an average diameter of 10 μm and a thickness of 0.5 μm is added, and the presence or absence of stirring at a speed of 1200 rpm/600 rpm (rotation/revolution) and room temperature for 5 minutes A base composite filler was prepared.

제조예 2 내지 4: 유무기 복합 필러의 제조Preparation Examples 2 to 4: Preparation of organic-inorganic composite filler

하기 표 1 및 2와 같이 코어 입자의 종류, 고분자 바인더의 함량, 열전도성 무기 입자의 함량 등을 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유무기 복합 필러를 제조하였다. As shown in Tables 1 and 2 below, an organic-inorganic composite filler was prepared in the same manner as in Example 1, except that the type of core particles, the content of the polymer binder, and the content of the thermally conductive inorganic particles were changed.

제조예 1Preparation Example 1 제조예 2Preparation 2 제조예 3Preparation 3 제조예 4Preparation 4 코어 입자core particle 종류Kinds 가교 PA1) Cross-linked PA 1) 가교 PA2) Cross-linked PA 2) 가교 PA3) Cross-linked PA 3) 알루미나alumina 압축 강도(kgf/mm2)5) Compressive strength (kgf/mm 2 ) 5) 0.500.50 1.851.85 2.52.5 10 이상over 10 유리전이온도(℃)6) Glass transition temperature (℃) 6) N.A.4) NA 4) N.A.N.A. 130 ℃130 ℃ N.A.N.A. 함수율(중량%)7) Moisture content (wt%) 7) 1 이하1 or less 1 이하1 or less 1 이하1 or less 1 이하1 or less 평균입도(D50, ㎛)8) Average particle size (D50, ㎛) 8) 3030 3030 4040 4040 구형도9) sphericity 9) 0.950.95 0.950.95 0.950.95 0.930.93 함량 (g)content (g) 1010 1010 1010 1010 고분자 바인더polymer binder PVP 함량 (g)PVP content (g) 3.23.2 3.23.2 3.23.2 0.650.65 열전도성 무기
입자
thermally conductive weapon
particle
질화 붕소 함량(g)Boron nitride content (g) 6.46.4 6.46.4 6.46.4 1.31.3
평균 직경/두께(㎛)10) Average diameter/thickness (μm) 10) 10 / 0.510 / 0.5 10 / 0.510 / 0.5 10 / 0.510 / 0.5 10 / 0.510 / 0.5 이론 두께(㎛)11) Theoretical thickness (㎛) 11) 1.51.5 1.51.5 2.02.0 1.51.5 Aspect Ratio12) Aspect Ratio 12) 2020 2020 2020 2020 가교 고분자 입자와 열전도성 무기 입자의 크기 비율13) Size ratio of crosslinked polymer particles and thermally conductive inorganic particles 13) 33 33 44 44

1) 폴리아크릴레이트 가교 입자(평균입도(D50): 30 ㎛, SEKISUI社 ARX 30)2) 폴리아크릴레이트 가교 입자(평균입도(D50): 30 ㎛, SEKISUI社 BMX 30)1) Polyacrylate crosslinked particles (average particle size (D50): 30 μm, SEKISUI ARX 30)2) Polyacrylate crosslinked particles (average particle size (D50): 30 μm, SEKISUI BMX 30)

3) 폴리아크릴레이트 가교 입자(평균입도(D50): 40 ㎛, SEKISUI社 MBX 40)3) Polyacrylate crosslinked particles (average particle size (D50): 40 ㎛, SEKISUI MBX 40)

4) N.A: 측정 불가4) N.A: not measurable

5) 압축 강도: 만능물성분석기(Texture Analyzer)를 이용하여 Compression mode로 1 mm/s의 속도 조건에서 측정한 값이다.5) Compressive strength: This is a value measured at a speed of 1 mm/s in compression mode using a texture analyzer.

6) 유리전이온도: DSC Q100 (TA Instrument)를 이용하여 시료의 유리전이온도를 측정하였으며, 유리전이온도 측정 전 시료 내 수분을 제거하기 위하여 100 ℃에서 30 분간 전처리하였다.6) Glass transition temperature: The glass transition temperature of the sample was measured using DSC Q100 (TA Instrument). Before measuring the glass transition temperature, the sample was pretreated at 100° C. for 30 minutes to remove moisture.

7) 함수율: 100 ℃에서 4 시간 보관 전후의 무게를 통해 함수율을 계산하였다. 7) Moisture content: The moisture content was calculated from the weight before and after storage at 100 °C for 4 hours.

8) 평균입도(D50): Marvern Mastersizer 3000을 이용하여 레이저 회절법(laser diffraction) 방식으로 시료의 체적 기준 입도 분포를 구하고, 전 체적을 100 %로 한 누적 곡선에서 누적치가 50 %인 지점의 입자 지름(D50)을 구하였다. 8) Average particle size (D50): The particle size distribution based on the volume of the sample is obtained using the laser diffraction method using the Marvern Mastersizer 3000 The diameter (D50) was obtained.

9) 구형도: 구형도(sphericity)는 Marvern社의 입형 분석 장비(FPIA-3000)를 이용하여 측정된 원형도(circularity)의 평균값이다. 구체적으로 상기 원형도는 주사전자현미경 사진으로부터 시료의 투영 면적(A)과 주위 길이(P)를 측정하고, 이를 하기 식 1에 대입하여 구한 값이다. 상기 구형도 및 원형도는 0에서 1까지의 값으로 나타나고, 1에 근접할수록 진구(眞球)에 가까운 것을 의미한다.9) Sphericity: Sphericity is the average value of circularity measured using Marvern's sphericity analysis equipment (FPIA-3000). Specifically, the circularity is a value obtained by measuring a projected area (A) and a peripheral length (P) of a sample from a scanning electron microscope photograph, and substituting them into Equation 1 below. The sphericity and circularity are expressed as values from 0 to 1, and the closer to 1, the closer to a true sphere.

[식 1][Equation 1]

원형도 = 4πA/P2 Circularity = 4πA/P 2

10) 평균 직경 및 두께: 평균 직경은 판상의 열전도성 무기 입자의 넓은 면(xy 면)의 여러 방향에서 측정된 지름의 평균값이고, 두께는 판상의 열전도성 무기 입자의 두께(z 축)를 10 회 이상 여러 부위를 반복적으로 측정한 평균값이다. 상기 지름 및 두께는 SEM을 통해 측정하였다. 10) Average diameter and thickness: The average diameter is the average value of the diameters measured in various directions of the broad side (xy plane) of the plate-shaped thermally conductive inorganic particles, and the thickness is the thickness (z-axis) of the plate-shaped thermally conductive inorganic particles 10 It is the average value of repeated measurements of multiple sites more than once. The diameter and thickness were measured through SEM.

11) 이론 코팅 두께: 가교 고분자 입자에 형성된 제 제 1 및 2 코팅층의 두께이다. 이론 코팅 두께는 반지름이 r인 가교 고분자 부피를 1이라고 가정하였을 때 가교 고분자 입자 대비 투입된 판상의 열전도성 무기 입자의 부피 V를 식 2를 통해 도출된 식 3에 대입하여 계산되는 증가된 두께이다.11) Theoretical coating thickness: The thickness of the first and second coating layers formed on the crosslinked polymer particles. The theoretical coating thickness is the increased thickness calculated by substituting the volume V of the plate-shaped thermally conductive inorganic particles injected compared to the crosslinked polymer particles into Equation 3 derived from Equation 2, assuming that the volume of the crosslinked polymer with radius r is 1.

[식 2][Equation 2]

1 : (1 + V) = 3/4 * ð * r3 : 3/4 * ð * (r + x)3 1 : (1 + V) = 3/4 * ð * r 3 : 3/4 * ð * (r + x) 3

[식 3][Equation 3]

x = r * (1 + V)1/3 - rx = r * (1 + V) 1/3 - r

12) Aspect Ratio (종횡비): 열전도성 무기 입자의 평균 직경(㎛)을 두께(㎛)로 나눈 값이다. 12) Aspect Ratio: It is a value obtained by dividing the average diameter (㎛) of the thermally conductive inorganic particles by the thickness (㎛).

13) 가교 고분자 입자와 열전도성 무기 입자의 크기 비율: 가교 고분자 입자의 평균입도(D50, ㎛)을 열전도성 무기 입자의 평균 직경(㎛)으로 나눈 값이다.13) Size ratio of crosslinked polymer particles to thermally conductive inorganic particles: This is the value obtained by dividing the average particle size (D50, μm) of the crosslinked polymer particles by the average diameter (μm) of the thermally conductive inorganic particles.

시험예 1: 유무기 복합 필러의 제조상 문제점 및 물성 평가Test Example 1: Evaluation of manufacturing problems and physical properties of organic-inorganic composite fillers

제조예 1 내지 4에 따라 유무기 복합 필러를 제조하고 남은 고분자 바인더 및 열전도성 무기 입자 등을 포함하는 잔류물의 함량을 확인하고, 코어 입자에 열전도성 무기 입자가 잘 부착되었는지 관찰하여 유무기 복합 필러의 제조 시의 문제점을 평가하고, 유무기 복합 필러의 밀도를 측정하였다. The organic-inorganic composite filler was prepared by manufacturing the organic-inorganic composite filler according to Preparation Examples 1 to 4, and the content of the residue including the polymer binder and thermally conductive inorganic particles was checked, and the organic-inorganic composite filler was observed by observing whether the thermally conductive inorganic particles were well attached to the core particles. To evaluate the problems during the manufacture, and measure the density of the organic-inorganic composite filler.

ⅰ) 잔류물의 함량i) content of residue

유무기 복합 필러의 제조 후 코팅되지 않고 남은 고분자 바인더 및 열전도성 무기 입자의 함량을 측정하여, 첨가된 총 중량에 대하여 5 중량% 미만이 남은 경우 '미량'으로 기입하고, 5 중량% 이상으로 남은 경우 '다량'으로 기입하였다. After the organic-inorganic composite filler is prepared, the content of the polymer binder and thermally conductive inorganic particles remaining uncoated is measured, and if less than 5% by weight remains with respect to the total weight added, it is written as 'minor amount', and the remaining amount is 5% by weight or more. In this case, 'a lot' was entered.

ⅱ) 부착 평가ii) Adhesion evaluation

가교 고분자 입자에 열전도성 무기 입자가 잘 부착되었는지 평가하기 위해 제조된 유무기 복합 필러의 외관을 주사전자현미경으로 관찰하였다. 관찰 결과, 열전도성 무기 입자가 뭉쳐진 부분 없이 고르게 부착되었으면 'O'로 표시하고 열전도성 무기 입자가 부착되지 않았으면 'X'로 표시하였다. In order to evaluate whether the thermally conductive inorganic particles were well attached to the crosslinked polymer particles, the appearance of the prepared organic-inorganic composite filler was observed with a scanning electron microscope. As a result of observation, if the thermally conductive inorganic particles were evenly attached without agglomerated parts, it was indicated by 'O', and if the thermally conductive inorganic particles were not attached, it was indicated by 'X'.

ⅲ) 유무기 복합 필러의 밀도iii) Density of organic-inorganic composite filler

유무기 복합 필러의 밀도(g/cm2)는 비중계(GeoPyc 1360, Micromeritics社)를 이용하여 측정하였다. The density (g/cm 2 ) of the organic-inorganic composite filler was measured using a hydrometer (GeoPyc 1360, Micromeritics).

잔류물residue 부착Attach 밀도(g/cm3)Density (g/cm 3 ) 제조예 1Preparation Example 1 미량a very small amount OO 1.551.55 제조예 2Preparation 2 미량a very small amount OO 1.551.55 제조예 3Preparation 3 미량a very small amount OO 1.591.59 제조예 4Preparation 4 다량much OO 3.233.23

상기 표 2를 참조하면, 제조예 1 내지 3의 경우 잔류물 없이 열전도성 무기 입자가 코어 입자에 잘 부착된 것이 확인된다. Referring to Table 2, in the case of Preparation Examples 1 to 3, it was confirmed that the thermally conductive inorganic particles were well attached to the core particles without a residue.

그러나, 제조예 4의 경우 제조예 1 내지 3 대비 매우 소량의 열전도성 무기 입자를 코어 입자에 부착하였음에도 불구하고 다량의 잔류물이 발생하였으며, 밀도가 높아 이러한 유무기 복합 필러를 사용하는 경우 방열 소재의 무게가 증가하여 전자 제품을 경량화하려는 추세에 따라 사용이 어려울 수 있을 것으로 예상된다. However, in the case of Preparation Example 4, although a very small amount of thermally conductive inorganic particles were attached to the core particles compared to Preparation Examples 1 to 3, a large amount of residue was generated, and the density was high, so when such an organic-inorganic composite filler was used, heat dissipation material It is expected that it may be difficult to use according to the trend of lightening electronic products by increasing the weight of the product.

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4: 방열성 조성물의 제조Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4: Preparation of a heat-dissipating composition

2액형 우레탄계 접착제 조성물에 상기에서 제조한 유무기 복합 필러를 첨가하여 방열성 조성물을 제조하였다. A heat dissipation composition was prepared by adding the organic-inorganic composite filler prepared above to the two-component urethane-based adhesive composition.

구체적으로 하기 화학식 1과 같은 구조의 카프로락톤계 폴리올 50 g 및 폴리이소시아네이트(HDI, Hexamethylene diisocyanate) 50 g에 상기 제조예 1 내지 4에서 제조한 유무기 복합 필러를 하기 표 3에 기재된 대로 분산하여 방열성 조성물을 제조하였다. Specifically, the organic-inorganic composite filler prepared in Preparation Examples 1 to 4 was dispersed in 50 g of caprolactone-based polyol and 50 g of polyisocyanate (HDI, Hexamethylene diisocyanate) having the structure shown in Chemical Formula 1 below as described in Table 3 below for heat dissipation. A composition was prepared.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1로 표시되는 폴리올은 상기 화학식 1의 n이 2 내지 3이며, m이 1 내지 3인 폴리올이 포함된다. The polyol represented by Formula 1 includes polyols in which n is 2 to 3 and m is 1 to 3 in Formula 1 above.

유무기 복합 필러 종류Types of organic-inorganic composite fillers 유무기 복합 필러 투입량
(무게, 단위: phr*)
Organic-inorganic composite filler input amount
(Weight, unit: phr * )
유무기 복합 필러 투입량
(부피, 단위: vol%)
Organic-inorganic composite filler input amount
(volume, unit: vol%)
실시예 1Example 1 제조예 1Preparation Example 1 100100 4040 실시예 2Example 2 제조예 2Preparation 2 100100 4040 비교예 1Comparative Example 1 제조예 3Preparation 3 100100 4040 비교예 2Comparative Example 2 제조예 4Preparation 4 100100 2525 실시예 3Example 3 제조예 1Preparation Example 1 250250 6363 실시예 4Example 4 제조예 2Preparation 2 250250 6363 비교예 3Comparative Example 3 제조예 3Preparation 3 250250 6363 비교예 4Comparative Example 4 제조예 4Preparation 4 500500 6363

* phr: parts per hundred resin의 약자로 고분자 100 중량부에 대한 중량부를 의미한다.* phr: an abbreviation of parts per hundred resin, meaning parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer.

상기 표 3에 기재된 바와 같이, 실시예 1, 2, 비교예 1 및 2에서는 각각 제조예 1 내지 4에서 제조한 유무기 복합 필러를 100 g씩 첨가하여 방열성 조성물을 제조하였으며, 실시예 3, 4, 비교예 3 및 4에서는 각각 제조예 1 내지 4에서 제조한 유무기 복합 필러를 첨가할 수 있는 최대 부피(63 vol%)까지 첨가하여 방열성 조성물을 제조하였다. As shown in Table 3, in Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2, each 100 g of the organic/inorganic composite filler prepared in Preparation Examples 1 to 4 was added to prepare a heat dissipation composition, and Examples 3 and 4 , In Comparative Examples 3 and 4, the organic-inorganic composite filler prepared in Preparation Examples 1 to 4 was added up to the maximum volume (63 vol%) to be added, respectively, to prepare a heat-dissipating composition.

시험예 2: 방열성 조성물의 물성 평가Test Example 2: Evaluation of the physical properties of the heat dissipation composition

실시예 및 비교예에 따라 제조된 방열성 조성물의 물성을 평가하고 그 결과를 표 4에 나타내었다. The physical properties of the heat-dissipating compositions prepared according to Examples and Comparative Examples were evaluated, and the results are shown in Table 4.

ⅰ) 방열 소재의 밀도i) Density of heat dissipation material

방열성 조성물로부터 형성된 수지층의 밀도를 비중계(GeoPyc 1360, Micromeritics社)를 이용하여 측정하였다. The density of the resin layer formed from the heat-dissipating composition was measured using a hydrometer (GeoPyc 1360, Micromeritics).

ⅱ) 열전도도ii) thermal conductivity

방열성 조성물의 열전도도는 ASTM D 5470 규격에 따라 측정하였다. ASTM D 5470의 규격에 따라 2 개의 구리 막대(copper bar) 사이에 방열성 조성물을 사용하여 형성한 수지층을 위치시킨 후에 상기 2 개의 구리 막대 중 하나는 히터와 접촉시키고, 다른 하나는 쿨러(cooler)와 접촉시킨 후에 상기 히터가 일정 온도를 유지하도록 하면서, 쿨러의 용량을 조절하여 열평형 상태(5 분에 약 0.1 ℃ 이하의 온도 변화를 보이는 상태)를 만들었다. 열평형 상태에서 각 구리 막대의 온도를 측정하고, 하기 식 2에 따라서 열전도도(K, 단위: W/mK)를 평가하였다. 열전도도 평가 시에 수지층에 걸리는 압력은 약 11 kg/25 cm2 정도가 되도록 조절하였으며, 측정 과정에서 수지층의 두께가 변화된 경우에 최종 두께를 기준으로 열전도도를 계산하였다.The thermal conductivity of the heat dissipating composition was measured according to ASTM D 5470 standard. After placing a resin layer formed using a heat-dissipating composition between two copper bars according to the standard of ASTM D 5470, one of the two copper bars is in contact with a heater, and the other is a cooler. After contact with the , the heater was maintained at a constant temperature, and the capacity of the cooler was adjusted to create a thermal equilibrium state (a state showing a temperature change of about 0.1 ° C. or less in 5 minutes). The temperature of each copper rod was measured in a thermal equilibrium state, and thermal conductivity (K, unit: W/mK) was evaluated according to Equation 2 below. When evaluating the thermal conductivity, the pressure applied to the resin layer was adjusted to be about 11 kg/25 cm 2 , and when the thickness of the resin layer was changed during the measurement process, the thermal conductivity was calculated based on the final thickness.

[식 4][Equation 4]

K = (Q X dx)/(A X dT)K = (Q X dx)/(A X dT)

상기 식 4에서 K는 열전도도(W/mK)이고, Q는 단위 시간당 이동한 열(단위: W)이며, dx는 수지층의 두께(단위: m)이고, A는 수지층의 단면적(단위: m2)이며, dT는 구리 막대의 온도차(단위: K)이다.In Equation 4, K is the thermal conductivity (W / mK), Q is the heat moved per unit time (unit: W), dx is the thickness of the resin layer (unit: m), A is the cross-sectional area of the resin layer (unit: m) : m 2 ), and dT is the temperature difference (unit: K) of the copper rod.

ⅲ) 내구성 시험iii) durability test

상기 열전도도 측정 후, 해당 수지층을 100 ℃에서 100 시간 보관한 후 다시 상술한 방법으로 열전도도를 측정하여 변화량이 10 % 이내이면 '유지'로 기재하고 10 %를 초과하면 '감소'로 기재하였다. After measuring the thermal conductivity, the resin layer is stored at 100° C. for 100 hours, and then the thermal conductivity is measured again in the above-mentioned manner. If the change is within 10%, it is described as ‘maintained’, and if it exceeds 10%, it is described as ‘reduced’. did

방열 소재의 밀도(g/cm3)Density of heat dissipation material (g/cm 3 ) 열전도도 (W/mK)Thermal Conductivity (W/mK) 내구성 시험durability test 실시예 1Example 1 1.291.29 0.820.82 유지maintain 실시예 2Example 2 1.291.29 0.760.76 유지maintain 비교예 1Comparative Example 1 1.291.29 0.660.66 유지maintain 비교예 2Comparative Example 2 1.641.64 0.740.74 유지maintain 실시예 3Example 3 1.411.41 3.023.02 유지maintain 실시예 4Example 4 1.411.41 2.822.82 유지maintain 비교예 3Comparative Example 3 1.391.39 2.432.43 유지maintain 비교예 4Comparative Example 4 2.612.61 2.462.46 유지maintain

발명의 일 실시예에 따라 코어 입자로 특정 압축 강도를 가지는 가교 고분자 입자를 사용하면, 코어 입자에 열전도성 무기 입자를 부착하기 위해 힘이 가해져도 코어 입자의 복원력에 의해 다량의 판상의 열전도성 무기 입자가 훼손되지 않고 코어 입자에 잘 부착될 수 있었다. According to an embodiment of the present invention, when a crosslinked polymer particle having a specific compressive strength is used as the core particle, even when a force is applied to attach the thermally conductive inorganic particle to the core particle, a large amount of plate-shaped thermally conductive inorganic material is generated by the restoring force of the core particle. The particles were able to adhere well to the core particles without being damaged.

이에 반해, 알루미나와 같은 코어 입자는 압축 강도가 높아 열전도성 무기 입자의 부착을 위해 힘이 가해지면 판상의 열전도성 무기 입자가 쉽게 깨졌으며, 이에 따라 원하는 수준으로 판상의 열전도성 무기 입자가 부착된 유무기 복합 필러의 제조 수율은 매우 낮은 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다. On the other hand, core particles such as alumina have high compressive strength, so when a force is applied to attach the thermally conductive inorganic particles, the plate-shaped thermally conductive inorganic particles are easily broken. It was confirmed through the experiment that the manufacturing yield of the organic-inorganic composite filler was very low.

또한, 상기 표 4를 참조하면, 실시예 1 내지 4와 같이 특정 압축 강도를 가지는 가교 고분자 입자를 사용하는 경우 열전도성을 띄지 않는 가교 고분자를 사용하였음에도 열전도성을 띄는 알루미나 코어 입자를 사용하는 경우보다도 높은 열전도도를 나타내는 것이 확인된다. 뿐만 아니라 발명의 일 실시예에 따라 특정 압축 강도를 가지는 가교 고분자 입자를 코어 입자로 채용할 경우 유무기 복합 필러의 밀도를 낮춰 우수한 방열 성능을 나타내면서 경량의 전자 제품을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. In addition, referring to Table 4, when crosslinked polymer particles having a specific compressive strength are used as in Examples 1 to 4, even when a crosslinked polymer having no thermal conductivity is used, compared to the case of using alumina core particles having thermal conductivity. It is confirmed that it exhibits high thermal conductivity. In addition, when cross-linked polymer particles having a specific compressive strength are employed as core particles according to an embodiment of the present invention, it is expected that the density of the organic/inorganic composite filler will be lowered to provide excellent heat dissipation performance while providing lightweight electronic products.

마지막으로, 실시예 1 내지 4를 비교예 1 및 3과 비교하면, 코어 입자를 가교 고분자 입자로 하더라도 발명의 일 실시예에 따른 특정 압축 강도를 충족하지 못하는 가교 고분자 입자를 채용하는 경우 실시예 수준의 낮은 밀도 및 높은 열전도도를 나타내지 못하는 것이 확인된다. Finally, comparing Examples 1 to 4 with Comparative Examples 1 and 3, even if the core particles are cross-linked polymer particles, cross-linked polymer particles that do not satisfy the specific compressive strength according to an embodiment of the invention are employed. It is confirmed that it does not exhibit low density and high thermal conductivity.

이로써 발명의 일 실시예에 따른 유무기 복합 필러는 열전도성을 띄지 않는 가교 고분자 입자를 채용하여 낮은 밀도를 구현하면서도 열전도성을 띄는 알루미나 코어 입자보다도 높은 열전도도를 나타내 기존의 방열 성능 한계를 극복하고 보다 경량의 전자 제품을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. Accordingly, the organic-inorganic composite filler according to an embodiment of the present invention employs cross-linked polymer particles that do not exhibit thermal conductivity to achieve a low density while exhibiting higher thermal conductivity than thermally conductive alumina core particles, thereby overcoming the existing heat dissipation performance limitations and It is expected to be able to provide lighter electronic products.

Claims (16)

압축 강도가 0.01 내지 2.0 kgf/mm2인 가교 고분자 입자; 상기 가교 고분자 입자 표면에 위치하고 고분자 바인더를 포함하는 코팅층; 및 상기 코팅층을 매개로 상기 가교 고분자 입자에 부착된 판상의 열전도성 무기 입자를 포함하는, 유무기 복합 필러.
Crosslinked polymer particles having a compressive strength of 0.01 to 2.0 kgf/mm 2 ; a coating layer positioned on the surface of the crosslinked polymer particle and including a polymer binder; and plate-shaped thermally conductive inorganic particles attached to the crosslinked polymer particles via the coating layer.
제 1 항에 있어서, 상기 가교 고분자 입자는 유리전이온도가 120 ℃ 이상이거나 혹은 유리전이온도가 존재하지 않는, 유무기 복합 필러.
The organic-inorganic composite filler according to claim 1, wherein the crosslinked polymer particles have a glass transition temperature of 120° C. or higher or no glass transition temperature.
제 1 항에 있어서, 상기 가교 고분자 입자는 함수율이 0 내지 1 중량%인, 유무기 복합 필러.
The organic-inorganic composite filler according to claim 1, wherein the crosslinked polymer particles have a moisture content of 0 to 1 wt%.
제 1 항에 있어서, 상기 가교 고분자 입자는 구형도가 0.9 내지 1인, 유무기 복합 필러.
The organic-inorganic composite filler according to claim 1, wherein the crosslinked polymer particles have a sphericity of 0.9 to 1.
제 1 항에 있어서, 상기 가교 고분자 입자는 평균 입도가 5 내지 50 ㎛인, 유무기 복합 필러.
The organic-inorganic composite filler according to claim 1, wherein the crosslinked polymer particles have an average particle size of 5 to 50 µm.
제 1 항에 있어서, 상기 가교 고분자 입자는 아크릴계 고분자, 스티렌계 고분자, 우레탄계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 고분자의 가교 입자이거나 혹은 아크릴레이트-스티렌 공중합체의 가교 입자인, 유무기 복합 필러.
The organic-inorganic composite filler according to claim 1, wherein the crosslinked polymer particles are crosslinked particles of one or more polymers selected from the group consisting of acrylic polymers, styrene polymers, and urethane polymers, or crosslinked particles of an acrylate-styrene copolymer.
제 1 항에 있어서, 상기 고분자 바인더는 유리전이온도가 80 내지 150 ℃인, 유무기 복합 필러.
According to claim 1, wherein the polymer binder has a glass transition temperature of 80 to 150 ℃, organic-inorganic composite filler.
제 1 항에 있어서, 상기 고분자 바인더는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는, 유무기 복합 필러.
According to claim 1, wherein the polymer binder comprises at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral and acrylonitrile-butadiene-styrene resin, organic-inorganic composite filler.
제 1 항에 있어서, 상기 열전도성 무기 입자는 평균 직경을 두께로 나눈 값인 종횡비(aspect ratio)가 3 내지 1000인, 유무기 복합 필러.
The organic-inorganic composite filler according to claim 1, wherein the thermally conductive inorganic particles have an aspect ratio that is a value obtained by dividing an average diameter by a thickness of 3 to 1000.
제 1 항에 있어서, 상기 유무기 복합 필러는 가교 고분자 입자; 상기 가교 고분자 입자 표면에 위치하고 고분자 바인더를 포함하는 제 1 코팅층; 및 상기 코팅층을 매개로 상기 가교 고분자 입자에 부착된 판상의 열전도성 무기 입자를 포함하는 제 2 코팅층을 포함하고, 제 1 및 제 2 코팅층의 두께는 0.1 내지 2 ㎛인, 유무기 복합 필러.
According to claim 1, wherein the organic-inorganic composite filler is cross-linked polymer particles; a first coating layer positioned on the surface of the crosslinked polymer particle and including a polymer binder; and a second coating layer comprising plate-shaped thermally conductive inorganic particles attached to the crosslinked polymer particles via the coating layer, wherein the thickness of the first and second coating layers is 0.1 to 2 μm.
제 1 항에 있어서, 상기 열전도성 무기 입자는 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알루미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는, 유무기 복합 필러.
According to claim 1, wherein the thermally conductive inorganic particles are boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), magnesium oxide (MgO), zinc oxide (ZnO) and aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), including at least one selected from the group consisting of, organic-inorganic composite filler.
제 1 항에 있어서, 상기 가교 고분자 입자는 열전도성 무기 입자의 평균 직경의 2 배 이상 큰 평균 입도를 가지는, 유무기 복합 필러.
The organic-inorganic composite filler according to claim 1, wherein the crosslinked polymer particles have an average particle size that is two or more times larger than an average diameter of the thermally conductive inorganic particles.
제 1 항에 있어서, 상기 가교 고분자 입자 100 중량부에 대하여 고분자 바인더 5 내지 40 중량부 및 열전도성 무기 입자 10 내지 80 중량부로 포함하는, 유무기 복합 필러.
The organic-inorganic composite filler according to claim 1, comprising 5 to 40 parts by weight of the polymer binder and 10 to 80 parts by weight of the thermally conductive inorganic particles based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer particles.
제 1 항의 유무기 복합 필러를 포함하는 방열성 조성물.
A heat dissipation composition comprising the organic-inorganic composite filler of claim 1.
제 14 항에 있어서, 상기 방열성 조성물은 베이스 수지 혹은 이를 제공할 수 있는 단량체 또는 올리고머를 포함하는 추가로 포함하는, 방열성 조성물.
The heat dissipating composition according to claim 14, wherein the heat dissipating composition further comprises a base resin or a monomer or oligomer capable of providing the same.
제 15 항에 있어서, 상기 베이스 수지 혹은 이를 제공할 수 있는 단량체 또는 올리고머의 총 중량 100 중량부에 대하여 상기 유무기 복합 필러를 50 내지 1000 중량부로 포함하는, 방열성 조성물. The heat dissipating composition according to claim 15, comprising 50 to 1000 parts by weight of the organic-inorganic composite filler based on 100 parts by weight of the total weight of the base resin or a monomer or oligomer capable of providing the same.
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