KR20220107177A

KR20220107177A - 에폭시계 열 계면 재료

Info

Publication number: KR20220107177A
Application number: KR1020227017255A
Authority: KR
Inventors: 세르지오 그룬더; 소피 러츠; 안드레아스 러츠; 니나 힐리스에임; 펠릭스 코취
Original assignee: 디디피 스페셜티 일렉트로닉 머티리얼즈 유에스, 엘엘씨
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2022-08-02
Also published as: WO2021108035A1; EP4065626A1; JP2023503461A; CN114746469A; US20220411625A1

Abstract

방향족기가 없는 액체 에폭시 수지 및 고 로딩률의 삼수산화알루미늄을 포함하는 열 계면 재료 및 이의 배터리 구동 차량에서의 용도가 본원에 개시되어 있다.

Description

에폭시계 열 계면 재료

본 개시내용은 열 계면 재료 및 이의 배터리 구동 차량에서의 용도에 관한 것이다.

전통적인 교통 수단과 비교할 때, 배터리 구동 차량은 경량, CO₂ 배출량 감소 등과 같은 상당한 이점을 제공한다. 그러나 기술의 최적 사용을 보장하기 위해서는, 여전히 많은 기술적 문제를 극복해야 한다. 예를 들어, 업계의 현재 노력 중 하나는 밀도가 더 높은 배터리를 개발하여 배터리 구동 차량의 주행 범위를 증가시키는 것이다. 그리고 이것은 고밀도 배터리를 위한 더 우수한 열 관리 시스템을 개발할 필요성을 초래한다.

배터리 구동 차량에서, 배터리 셀 또는 모듈은 열 계면 재료(TIM)에 의해 냉각 유닛에 열적으로 연결된다. 그러한 TIM은 전형적으로 열전도성 충전제로 충전된 중합체성 재료로 형성된다. 2 W/m·K 이상의 열전도도를 달성하기 위하여, 열전도도가 100 W/m·K 이상인 충전제, 예컨대 질화붕소 또는 알루미늄 분말이 사용될 수 있다. 그러나, 그러한 충전제는 고가이며 마모성이다. 더 저렴하고 비-마모성인 대안은 삼수산화알루미늄(ATH)이다. 약 10 W/m·K의 더 낮은 열전도도로 인해, 높은 로딩률(즉, 80 중량% 이상)의 ATH가 필요하다. 추가적으로, TIM은 또한 열적으로 안정한 것이 매우 바람직하다.

에폭시 수지 조성물 A와 하드닝(hardening) 조성물 B를 조합함으로써 제조된 열 계면 재료(TIM) 조성물로서, (i) 에폭시 수지 조성물 A는 방향족기가 없는 적어도 하나의 액체 에폭시 수지를 포함하고; (ii) 하드닝 조성물 B는 적어도 하나의 경화제를 포함하며; (iii) 에폭시 수지 조성물 A와 하드닝 조성물 B의 부피비는 약 1:10 내지 10:1의 범위이고; (iv) 에폭시 수지 조성물 A, 하드닝 조성물 B 또는 둘 모두는 삼수산화알루미늄(ATH)이 TIM 조성물의 총 중량을 기준으로 약 80 내지 95 중량%의 수준으로 TIM 조성물에 포함되도록 ATH를 추가로 포함하는, 열 계면 재료(TIM)가 본원에 개시되어 있다.

TIM 조성물의 추가의 실시형태에서, 에폭시 수지 조성물 A와 하드닝 조성물 B의 부피비는 약 1:2 내지 2:1이다.

TIM 조성물의 또 다른 추가 실시형태에서, 적어도 하나의 액체 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 약 200 내지 500 g/eq인 에폭사이드 에테르로부터 선택된다.

TIM 조성물의 또 다른 추가 실시형태에서, 적어도 하나의 액체 에폭시 수지는 중량 평균 분자량이 400 내지 800인 에폭사이드 에테르로부터 선택된다.

TIM 조성물의 또 다른 추가 실시형태에서, 적어도 하나의 경화제는 중합체성 아민, 중합체성 아미드, 저 분자량 아민 및 이들 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

TIM 조성물의 또 다른 추가 실시형태에서, 에폭시 수지 조성물 A의 총 중량을 기준으로 약 80 내지 95 중량%의 ATH가 에폭시 수지 조성물 A에 포함되고; 하드닝 조성물 B의 총 중량을 기준으로 약 80 내지 95 중량%의 ATH가 하드닝 조성물 B에 포함된다.

TIM 조성물의 또 다른 추가 실시형태에서, 에폭시 수지 조성물 A, 하드닝 조성물 B 또는 둘 모두는 적어도 하나의 경화 촉진제를 추가로 포함한다.

TIM 조성물의 또 다른 추가 실시형태에서, 적어도 하나의 경화 촉진제는 3차 아민, 유기주석 촉매, 암모늄 염, 페놀류 촉매, 우레아계 촉매 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물이다.

TIM 조성물의 또 다른 추가 실시형태에서, 적어도 하나의 경화 촉진제는 TIM 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 5 중량%의 수준으로 포함된다.

TIM 조성물의 또 다른 추가 실시형태에서, ATH는 평균 입자 크기가 약 5 내지 100 μm의 범위이다.

TIM 조성물의 또 다른 추가 실시형태에서, ATH는 다중-모드 입자 크기 분포를 갖는다.

상기 기재되고 인용된 TIM 조성물을 포함하는 물품이 본원에 추가로 개시되어 있다.

물품의 추가 실시형태에서, 이는 하나 이상의 배터리 셀로 형성된 배터리 모듈 및 냉각 유닛을 추가로 포함하며, 배터리 모듈은 TIM 조성물을 통해 냉각 유닛에 연결된다.

당업계에 알려진 바와 같이, 2-성분 에폭시 접착제에서, 경화는 주변 조건에서 일어날 수 있으며 이에 따라 접착제는 사용 시까지 분리되어 유지되는 적어도 2개의 상이한 조성물(에폭시 수지 조성물 및 하드닝 조성물)을 포함한다. 에폭시 수지 조성물은 일반적으로 하나 이상의 에폭시 수지뿐만 아니라 다양한 이유로 다른 성분 및 첨가제를 함유한다. 한편, 하드닝 조성물은 일반적으로 하나 이상의 하드닝제 또는 경화제를 함유한다. 하드닝 조성물은 또한 일반적으로 다양한 이유로 다른 첨가제를 함유한다. 하드닝 조성물은 일반적으로 에폭시 수지를 포함하지 않는다. 또한, 적어도 하나의 하드닝 촉진제 또는 촉매(이는 비-승온에서의 하드닝을 가능하게 함)가 바람직하게는 에폭시 수지 조성물 또는 하드닝 조성물 또는 둘 모두에 포함된다.

에폭시 수지 조성물 A와 하드닝 조성물 B를 조합함으로써 제조된 2-성분 에폭시계 열 계면 재료(TIM) 조성물이 본원에 개시되어 있다. 에폭시 수지 조성물 A는 방향족기가 없는 적어도 하나의 액체 에폭시 수지를 포함하고, 하드닝 조성물 B는 적어도 하나의 경화제를 포함한다. 본 개시내용에 따라, 에폭시 수지 조성물 A 및 하드닝 조성물 B는 약 1:10 내지 10:1 범위의 부피비로 TIM 조성물에 포함된다. 또한, 에폭시 수지 조성물 A, 하드닝 조성물 B 또는 둘 모두는 TIM 조성물의 총 중량을 기준으로 약 80 내지 95 중량%의 삼수산화알루미늄(ATH)이 최종 2-성분 에폭시계 TIM 조성물에 포함되도록 ATH를 추가로 포함한다.

본원에서 사용되는 액체 에폭시 수지는 개환 반응에 의해 중합될 수 있는, 적어도 하나의 옥시란 고리를 갖는 임의의 유기 화합물일 수 있다. 에폭사이드로서 또한 알려진 그러한 재료는 단량체성 및 중합체성 에폭사이드 둘 모두를 포함한다. 본원에서 사용되는 액체 에폭시 수지는 방향족 고리를 갖지 않고, 예를 들어 지방족, 지환족, 이종환식 또는 시클로지방족일 수 있고, 추가로 이들의 조합일 수 있다. 본원에서 사용되는 액체 에폭시 수지는 우수한 점착성 및 접착성을 제공하기 위해 낮은 Tg(예를 들어, 실온 미만)를 갖도록 선택된다. 본원에서 사용되는 중합체성 에폭사이드에는, 제한없이 말단 에폭시기를 갖는 선형 중합체(예를 들어, 폴리옥시알킬렌 글리콜의 디글리시딜 에테르), 골격 옥시란 단위를 갖는 중합체(예를 들어, 폴리부타디엔 폴리에폭사이드), 및 펜던트 에폭시기를 갖는 중합체(예를 들어, 글리시딜 메타크릴레이트 중합체 또는 공중합체)가 포함된다. 에폭시 수지의 중량 평균 분자량은 약 90 내지 2000, 약 200 내지 2000, 약 300 내지 1600, 약 340 내지 1000, 약 400 내지 800, 또는 약 600 내지 700일 수 있다. 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 약 100 내지 1000 g/eq, 약 150 내지 800 g/eq, 약 200 내지 500 g/eq, 또는 약 300 내지 400 g/eq일 수 있다.

예시적인 지방족 에폭사이드에는, 제한없이 지방족 다가 알코올 또는 이의 알릴렌 옥사이드 부가물의 폴리글리시딜 에테르; 지방족 장쇄 다염기성 산의 폴리글리시딜 에스테르; 글리시딜 아크릴레이트 또는 글리시딜 메타크릴레이트의 비닐 중합에 의해 합성된 단일중합체; 및 글리시딜 아크릴레이트 또는 글리시딜 메타크릴레이트 및 다른 비닐 단량체의 비닐 중합에 의해 합성된 공중합체가 포함된다. 더욱 구체적인 예에는, 제한없이 다가 알코올의 글리시딜 에테르, 예컨대 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르, 1,6-헥산디올 디글리시딜 에테르, 글리세롤 트리글리시딜 에테르, 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르, 소르비톨 테트라글리시딜 에테르, 디펜타에리트리톨 헥사글리시딜 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 및 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜 에테르; 하나 이상의 알킬렌 옥사이드를 지방족 다가 알코올, 예컨대 프로필렌 글리콜, 트리메틸올프로판 및 글리세롤에 첨가함으로써 수득된 폴리에테르 폴리올 폴리글리시딜 에테르; 및 지방족 장쇄 이염기성 산의 디글리시딜 에스테르가 포함된다. 또한, 고급 지방족 알코올의 모노글리시딜 에테르, 페놀, 크레졸, 부틸 페놀 또는 알킬렌 옥사이드의 첨가에 의해 수득된 이들의 폴리에테르 알코올의 모노글리시딜 에테르, 고급 지방산의 글리시딜 에스테르, 에폭사이드화 대두유, 옥틸 에폭시스테아레이트, 부틸 에폭시스테아레이트 및 에폭사이드화 폴리부타디엔이 포함될 수 있다.

예시적인 지환족 에폭시 화합물에는 적어도 하나의 지환족 고리를 갖는 다가 알코올의 폴리글리시딜 에테르, 및 시클로헥센 고리-함유 화합물 또는 시클로펜텐 고리-함유 화합물을 산화제로 에폭사이드화하여 수득된 시클로헥센 옥사이드-함유 화합물 또는 시클로펜텐 옥사이드-함유 화합물이 포함된다.

본원에서 사용되는 액체 에폭시 수지는 또한 상업적으로 입수가능한 제품으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리에테르폴리올의 글리시딜 에테르, 예컨대 The Dow Chemical Company로부터 입수가능한 D.E.R.™ 732, D.E.R.™ 732p, 또는 D.E.R.™ 736 에폭시 수지; 및 Huntsman으로부터 입수가능한 Araldite^TMDY-C.

하드닝 조성물 B는 에폭시 수지 상의 에폭시 기와 가교결합할 수 있는 적어도 하나의 경화제 또는 하드너(hardener)를 포함한다. 예를 들어 2-성분 에폭시에 적합한, 임의의 경화제 또는 하드너가 사용될 수 있다. 예시적인 경화제에는, 제한없이 중합체성 아민, 중합체성 아미드, 저 분자량 아민 및 이들 둘 이상의 조합이 포함된다.

적합한 중합체성 아민은 적어도 2개의 반응성 -NH기를 갖는 임의의 폴리아민일 수 있으며, 즉 이들은 적어도 1개의 1차 아민(-NH₂)기 또는 적어도 2개의 2차 아민(-NH)기, 또는 이들의 조합을 가질 수 있다. 예시적인 폴리아민에는 폴리에테르 디아민, 폴리에테르 트리아민 및 이들의 혼합물이 포함된다. 본원에서 사용되는 폴리에테르 아민은 선형 또는 분지형일 수 있고, 이들은 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 일 실시형태에서, 폴리에테르 아민은 분자량이 약 200 내지 6000의 범위, 또는 1000 초과, 또는 3000 초과일 수 있다.

상업적으로 입수가능한 적합한 폴리에테르 아민에는 Huntsman에 의해 상표명 Jeffamine으로 판매되는 것들이 포함된다. 적합한 폴리에테르 디아민에는 D, ED 및 DR 시리즈의 Jeffamine이 포함된다. 이들에는 Jeffamine D-230, D-400, D-2000, D-4000, HK-511, ED-600, ED-900, ED-2003, EDR-148 및 EDR-176이 포함된다. 적합한 폴리에테르 트리아민에는 T 시리즈의 Jeffamine이 포함된다. 이들에는 Jeffamine T-403, T-3000 및 T-5000이 포함된다.

적합한 폴리아미드에는 이량체화 지방산과 폴리아민의 반응 생성물이 포함된다. 그러한 폴리아미드의 예에는 Cognis로부터 상표명 Versamid® 115, Versamid® 125 및 Versamid®로 입수가능한 것들이 포함된다.

또한, 저 분자량(비중합체성) 아민이 경화제로서 하드닝 조성물 B에 포함될 수 있고, 이는 가교결합제 및/또는 사슬 연장제로서 기능하며 1차 및/또는 2차 아민을 포함한다.

저 분자량 아민은 분자량이 적어도 약 48 g/mol 또는 적어도 약 60 g/mol, 및 약 300 g/mol, 약 250 g/mol 또는 200 g/mol 이하일 수 있다. 예시적인 저 분자량 아민에는, 제한없이 트리에틸렌테트라민(TETA), 디에틸렌트리아민(DETA), 이소포론디아민(IPDA) 및 에틸렌디아민이 포함된다.

본원에 사용되는 ATH는 단일모드 ATH 분말 또는 다중-모드(예를 들어, 이중-모드, 삼중-모드 등) 입자 크기 분포를 갖는 ATH 분말일 수 있다. ATH 분말의 평균 입자 크기는 약 5 내지 100 μm의 범위일 수 있다. 그리고 다중-모드 ATH 분말이 사용되는 경우, 가장 작은 입자의 평균 입자 크기는 약 10 μm 미만일 수 있는 한편, 가장 큰 입자의 평균 입자 크기는 약 50 μm 초과일 수 있다. 추가로, 본원에서 사용되는 ATH 분말은 또한 실란, 티타네이트, 카복실레이트 등으로 표면 처리될 수 있다.

본 개시내용에 따라, ATH 분말은 에폭시 수지 조성물 A, 하드닝 조성물 B 또는 둘 모두에 포함될 수 있다. 그리고 본원에 개시된 2-성분 에폭시계 TIM 조성물을 형성하기 위해, 에폭시 수지 조성물 A 및 하드닝 조성물은 약 1:10 내지 10:1, 또는 약 1:4 내지 4:1, 또는 약 1:2 내지 2:1, 또는 약 1:1 범위의 부피비로 조합되고, ATH 분말은 TIM 조성물에서 ATH의 최종 함량 수준이 조성물의 총 중량을 기준으로 약 80 내지 95 중량% 또는 약 80 내지 92 중량%의 범위인 방식으로 에폭시 수지 조성물 A, 하드닝 조성물 B 또는 둘 모두에 포함된다.

일 실시형태에서, 에폭시 수지 조성물 A 및 하드닝 조성물 B 각각은 약 80 내지 95 중량% 또는 약 80 내지 92 중량%의 ATH를 포함하고, 에폭시 수지 조성물 A 및 하드닝 조성물 B는 약 1:1의 부피비로 조합되어 2-성분 에폭시계 TIM 조성물을 형성한다.

또한, 약 10 중량% 이하, 또는 약 1 내지 10 중량%, 또는 약 2 내지 7 중량%, 또는 약 2 내지 5 중량%의 침강 탄산칼슘이 에폭시 수지 조성물 A, 하드닝 조성물 B 또는 둘 모두에 첨가될 수 있다. 임의의 특정 이론에 구애됨이 없이, 선택적인 침강 탄산칼슘의 첨가는 ATH의 침강 방지를 개선하는 것으로 여겨진다.

또한, 하나 이상의 경화 촉진제(촉매)가 에폭시 수지 조성물 A, 하드닝 조성물 B 또는 둘 모두에 포함되어 TIM 조성물의 경화 속도를 증가시킬 수 있다. 경화 촉진제는 바람직하게는 한편으로는 저 분자량 아민 및 폴리아민과, 다른 한편으로는 에폭시 수지의 반응을 촉매함으로써 작용한다. 본원에서 사용되는 경화 촉진제에는, 제한없이 3차 아민, 유기주석 촉매, 암모늄 염, 페놀류 촉매, 우레아계 촉매 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다. 예시적인 3차 아민에는, 예를 들어 트리스-2,4,6-디메틸아미노메틸 페놀(Evonik로부터 상표명 Ancamine K54로 입수가능함) 및 디아자비시클로운데센(DBU)의 페놀 염(Evonik로부터 상표명 Polycat SA 1/10으로 입수가능함), 트리에틸렌디아민(DABCO)이 포함된다. 예시적인 유기주석 촉매에는, 예를 들어 디옥틸주석 디네오데카노에이트(예를 들어, Galata Chemicals로부터 상표명 Fomrez UL38로 입수가능함)가 포함된다. 예시적인 암모늄 염에는, 예를 들어 테트라부틸암모늄 브로마이드가 포함된다. 예시적인 우레아계 촉매에는, 예를 들어 이소포론디이소시네이트와 디메틸아민의 반응 생성물(Evonik로부터 상표명 Omicure^TM U35로 입수가능함) 및 메틸렌디페닐디이소시아네이트와 디메틸아민의 반응 생성물이 포함된다.

경화제 및 선택적인 경화 촉진제는 필요한 경화 온도를 감소시키고 2-성분 TIM 조성물의 조합된 부분이 적합한 온도에서 경화되게 하기에 적합한 비율 및 양으로 사용되어야 한다. 경화 온도는 바람직하게는 약 100℃ 미만, 보다 바람직하게는 90℃, 또는 60℃, 또는 50℃, 또는 40℃ 미만이다. TIM 조성물은 바람직하게는, 주변 온도, 예를 들어 20℃ 또는 25℃ 또는 이들 사이에서 경화된다. 특별히 바람직한 최저 경화 온도는 없다. 그러나, 일반적인 사항으로, 경화 온도는 일반적으로 0℃, 10℃ 또는 15℃ 초과일 것이다. 예를 들어 10℃ 내지 40℃, 보다 바람직하게는 15℃ 내지 35℃의 범위에서 경화가 일어날 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 경화 시간을 더욱 감소시키거나 보다 완전한 경화를 얻기 위해, 본 발명의 TIM 조성물을 가열하는 것이 허용될 수 있다.

본 개시내용에 따라, 경화 촉진제는 TIM 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 5 중량%, 또는 약 0.05 내지 2.5 중량%, 또는 약 0.1 내지 2 중량%의 수준으로 TIM 조성물에 포함될 수 있다.

더 나아가, 에폭시 수지 조성물 A는 선택적으로 다른 적합한 첨가제, 예컨대 가소제, 안정제, 접착 촉진제, 충전제, 착색제 등을 추가로 포함할 수 있다. 그러한 선택적인 첨가제는 에폭시 수지 조성물 A의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 이하, 또는 약 8 중량% 이하, 또는 약 5 중량% 이하의 수준으로 존재할 수 있다.

본 개시내용에 따라, 2-성분 에폭시계 TIM은 에폭시 수지 조성물 A와 하드닝 조성물 B를 조합한 후 혼합하고(예를 들어, 정적 혼합기 사용) 경화함으로써(바람직하게는, 주변 온도에서) 제조된다.

냉각 유닛 또는 플레이트가 전술한 에폭시계 열 계면 페이스트 재료를 통해 (하나 이상의 배터리 셀로 형성된) 배터리 모듈에 커플링되어 그 사이에서 열이 전도될 수 있는 배터리 팩 시스템이 본원에 추가로 개시되어 있다. 일 실시 형태에서, 배터리 팩 시스템은 배터리 구동 차량에 사용되는 것이다.

실시예

재료

· EP-1 - 에피클로로히드린과 폴리프로필렌 글리콜의 반응 생성물이며 중량 평균 MW가 약 650이고 EEW가 약 310 내지 330 g/eq인, 에폭시 수지;

· EP-2 - 에피클로로히드린과 비스페놀 A의 반응 생성물이며 중량 평균 MW가 약 350이고 EEW가 약 176 내지 185 g/eq인, 에폭시 수지;

· PU-Pre - Covestro로부터 입수한, 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)를 기반으로 한 방향족 폴리이소시아네이트 예비중합체;

· 가소제 - SASOL로부터 입수한 1,2-벤젠카복실산의 디-C₈-C₁₀ 알킬 에스테르;

· ATH - 이중모드로 분포된 삼수산화알루미늄;

· CaCO₃ - Cary Company로부터 입수한 침강 탄산칼슘;

· 촉매 - Momentive로부터 입수한 디옥틸 주석 디네오데카노에이트;

· 착색제 - 에폭시 수지 중의 녹색 발색단;

· 폴리아민-1 - Huntsman으로부터 상표명 Jeffamine^TM D-2000으로 입수한, 평균 분자량이 대략 2000인 폴리옥시프로필렌디아민;

· 폴리아민-2 - Huntsman으로부터 상표명 Jeffamine^TM T-3000으로 입수한, 평균 분자량이 대략 3000인 폴리에테르아민 (트리아민);

· 촉진제 - Evonik로부터 입수한 트리스-2,4,6-디메틸아미노메틸 페놀;

· 지방산 - 불포화 C₁₆-C₁₈ 지방산의 메틸 에스테르;

· 실란 - 헥사데실트리메톡시실란;

시험 방법

압입력(Press-in Force): 시험 재료를 40 mm 알루미늄 실린더를 사용하여 1 mm/s로 5 mm로부터 0.3 mm 두께까지 압축함으로써 시험 재료의 압입력을 측정하였다. 힘 처짐 곡선(force deflection curve)을 모니터링하고, 0.5 mm에서의 힘을 기록하였다.

열전도도(TC): ASTM 5470에 따라 시험 재료의 열전도도를 측정하였다.

수직 순환 블리딩(bleeding) 시험: e-코팅된 강 시트와 유리 시트 사이에 18 g의 TIM을 적용하고 3 mm의 두께로 압축하여(스페이서(spacer)가 있음), 강 시트의 층과 유리 시트의 층 사이에 샌드위치된 시험 샘플(2-성분 TIM)로 구성된 샌드위치 구조물(강/TIM/유리)을 제조하였다. 48시간 후에, 샌드위치 구조물을 4주 동안 순환 기후 시험에 노출시켰는데, 여기서 각 순환은 완료까지 12시간이 걸렸고, -40℃에서 4시간(제어되지 않은 습도), 80℃로 온도를 조정하는 데 4시간, 및 80 w% 상대 습도 및 80℃에서 4시간이 소요되었다. 이어서, 시험 후에 샌드위치 패널을 시각적으로 검사하고, 균열 형성이 없고, 상 분리가 없고, 슬라이딩이 없는 샘플을 "ok"로 평가하고 그렇지 않은 경우 "Nok"로 평가하였다.

열안정성: 각각의 샘플에서 2-성분 TIM을 2 mm 두께의 플라크로 가압한 후 7일 동안 실온에서 경화하였다. 경화된 플라크를 7일 동안 110℃에서 방치시킨 후, 색 변화 및 기계적 특성(예컨대, 취성)에 대해 시각적으로 검사하였다. 그리고, ISO 527-2에 따라 샘플의 E-모듈러스 및 인장 강도를 측정하였다.

인출(Pull-out) 압력: 2개의 알루미늄 실린더(25 mm 직경)를 0.5 mm 두께로 2-성분 TIM와 결합하고, 23℃ 및 50% 상대 습도에서 7일 동안 경화하였다. 이어서, 2개의 실린더를 Zwick 장력계 상에서 0.5 mm/s의 속도로 떼어내고, 힘 처짐 곡선을 측정하였다. 최대 힘(파단 시)을 기록하고, 면적으로 나누어 MPa 단위의 인출 압력을 제공하였다.

비교예 CE1 내지 CE2 및 실시예 E1:

비교예 CE1 내지 CE1 및 실시예 E1 각각에서, 표 1에 열거된 성분들을 혼합함으로써 조성물 A 및 조성물 B를 개별적으로 제조하였다. 조성물 A 및 B(비경화됨) 각각에 대한 압입력을 측정하고 기록하였다. 그 후, 병렬식 카트리지 및 공압 구동식 적용 건(gun)을 사용하여 조성물 A 및 B를 함께 혼합한 다음 정적 혼합기를 사용하여 혼합하였다. TIM 재료의 압입력, 열전도도, 수직 순환 블리딩 시험, 열안정성 및 인출 압력을 측정하고 결과를 표 1에 추가하였다.

본원에서 입증되는 바와 같이, 폴리우레탄계 TIM과 비교하여, 에폭시계 TIM은 열안정성이 훨씬 개선되었다. 또한, 데이터는 방향족 고리를 갖는 에폭시 수지를 사용할 경우, 에폭시 수지 조성물 A의 압입력이 너무 높아서 유용하지 않은 것을 입증한다. 특히, CE2에서 2-성분 TIM을 형성함에 있어서, 정적 혼합기를 사용하여 조성물 A를 수동 적용 건으로 적용하였지만, 적용이 완료되는 데 매우 긴 시간이 필요했다. 또한, CE2의 TIM은 훨씬 더 높은 모듈러스(294 MPa) 및 인출 압력(0.2 MPa)을 가지며, 이는 열 계면 재료 적용에서 유용하지 않다. 또한, E1에서 TIM의 기계적 특성은 7일 동안 110℃에서 가열 숙성한 후에도 유지되었다.

[표 1]

Claims

에폭시 수지 조성물 A와 하드닝(hardening) 조성물 B를 조합함으로써 제조된 열 계면 재료(TIM) 조성물로서,
(i) 상기 에폭시 수지 조성물 A는 방향족기가 없는 적어도 하나의 액체 에폭시 수지를 포함하고;
(ii) 상기 하드닝 조성물 B는 적어도 하나의 경화제를 포함하며;
(iii) 상기 에폭시 수지 조성물 A와 상기 하드닝 조성물 B의 부피비는 약 1:10 내지 10:1의 범위이고;
(iv) 상기 에폭시 수지 조성물 A, 상기 하드닝 조성물 B 또는 둘 모두는 삼수산화알루미늄(ATH)이 TIM 조성물의 총 중량을 기준으로 약 80 내지 95 중량%의 수준으로 TIM 조성물에 포함되도록 ATH를 추가로 포함하는,
열 계면 재료(TIM) 조성물.
제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물 A와 상기 하드닝 조성물 B의 부피비는 약 1:2 내지 2:1인, TIM 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 액체 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 약 200 내지 500 g/eq인 에폭사이드 에테르로부터 선택되는, TIM 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 액체 에폭시 수지는 중량 평균 분자량이 400 내지 800인 에폭사이드 에테르로부터 선택되는, TIM 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 경화제는 중합체성 아민, 중합체성 아미드, 저 분자량 아민 및 이들 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, TIM 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물 A의 총 중량을 기준으로 약 80 내지 95 중량%의 ATH가 상기 에폭시 수지 조성물 A에 포함되고; 상기 하드닝 조성물 B의 총 중량을 기준으로 약 80 내지 95 중량%의 ATH가 상기 하드닝 조성물 B에 포함되는, TIM 조성물.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물 A, 상기 하드닝 조성물 B 또는 둘 모두는 적어도 하나의 경화 촉진제를 추가로 포함하는, TIM 조성물.
제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 경화 촉진제는 3차 아민, 유기주석 촉매, 암모늄 염, 페놀류 촉매, 우레아계 촉매 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인, TIM 조성물.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 경화 촉진제는 상기 TIM 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 5 중량%의 수준으로 포함되는, TIM 조성물.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 ATH는 평균 입자 크기가 약 5 내지 100 μm 범위인, TIM 조성물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 ATH는 다중-모드 입자 크기 분포를 갖는, TIM 조성물.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 TIM 조성물을 포함하는, 물품.
제12항에 있어서,
하나 이상의 배터리 셀로 형성된 배터리 모듈 및 냉각 유닛을 추가로 포함하며, 상기 배터리 모듈은 상기 TIM 조성물을 통해 상기 냉각 유닛에 연결되는, 물품.