KR20230044832A - Heat dissipation and flame retardant PDMS composite including carbon coated with metal hydroxide and manufacturing method thereof - Google Patents

Heat dissipation and flame retardant PDMS composite including carbon coated with metal hydroxide and manufacturing method thereof Download PDF

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KR20230044832A
KR20230044832A KR1020210127430A KR20210127430A KR20230044832A KR 20230044832 A KR20230044832 A KR 20230044832A KR 1020210127430 A KR1020210127430 A KR 1020210127430A KR 20210127430 A KR20210127430 A KR 20210127430A KR 20230044832 A KR20230044832 A KR 20230044832A
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심상은
황소산
소재일
이경원
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a heat dissipation and flame retardant PDMS composite including a metal hydroxide-coated carbon body. The heat dissipation and flame retardant PDMS composite is based on polydimethylsiloxane (PDMS) and includes a metal hydroxide-coated carbon body as a filler, thereby significantly improving heat dissipation and flame retardant effect.

Description

금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체 및 이의 제조방법{Heat dissipation and flame retardant PDMS composite including carbon coated with metal hydroxide and manufacturing method thereof}Heat dissipation and flame retardant PDMS composite including carbon coated with metal hydroxide and manufacturing method thereof}

본 발명은 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체에 관한 것으로서, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 기재에 금속수산화물이 코팅된 탄소체가 충전제로서 포함되어 열전도도 향상에 따른 방열성능 향상은 물론이고 난연성을 향상시키는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a PDMS composite for heat dissipation/flame retardance including a metal hydroxide-coated carbon body, and includes a polydimethylsiloxane (PDMS) base material as a metal hydroxide-coated carbon body as a filler to improve heat dissipation performance according to thermal conductivity. It relates to a PDMS composite for heat dissipation / flame retardancy including a carbon body coated with a metal hydroxide that improves flame retardancy as well as improved flame retardancy.

최근 자동차, 전기·전자 분야 등에서 사용되고 있는 전자기기가 경량화, 박형화, 소형화, 고기능화되고 있고, 이러한 전자소자의 고집적화에 따라 전자부품 회로의 발열량이 증가하면서 전자기기의 내부 온도가 상승하여 반도체 소자의 오작동, 저항체 부품의 특성변화, 작동온도(operating temperature) 증가에 따른 성능 감소 및 반복되는 열팽창에 의한 인쇄회로기판(printed circuit board)의 파괴 등 전자기기의 수명이 저하되는 문제가 발생한다.Recently, electronic devices used in automobiles, electric/electronic fields, etc. are becoming lighter, thinner, smaller, and more functional. Due to the high integration of electronic devices, the amount of heat generated in electronic component circuits increases, and the internal temperature of electronic devices rises, resulting in malfunction of semiconductor devices. , a change in the characteristics of a resistive component, a decrease in performance due to an increase in operating temperature, and a destruction of a printed circuit board due to repeated thermal expansion, etc.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 기술이 적용되고 있고, 특히 전자제품에 사용되는 대부분의 패키지(package)를 이루는 고분자 복합체의 열전도도를 증가시켜 전자제품 내부에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출시키려는 연구가 이루어지고 있다.In order to solve these problems, various technologies are being applied, and in particular, research is being conducted to effectively dissipate heat generated inside electronic products to the outside by increasing the thermal conductivity of polymer composites that make up most of the packages used in electronic products. It is being done.

방열 고분자 복합체는 일반적으로 열전도성이 낮은 수지성분(기재)에 열전도성 충전제를 다량으로 충전하여 열전달 경로의 효율적 형성을 통해 최종 소재의 열전도도를 향상시키고 이에 따라 방열 효과를 증가시키는 물질로, 일반적으로 방열 고분자 복합체는 열전도성이 우수한 흑연, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀과 같은 탄소계 충전제, 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AIN), 알루미나 등과 같은 세라믹계 충전제를 단독으로 사용하거나 또는 혼합하여 고분자 기재에 균일하게 분산 및 고충전하여 제조된다. A heat-dissipating polymer composite is a material that improves the thermal conductivity of the final material through the efficient formation of a heat transfer path by filling a large amount of thermally conductive filler in a resin component (substrate) with low thermal conductivity, thereby increasing the heat dissipation effect. As a heat dissipation polymer composite, a carbon-based filler such as graphite, carbon fiber, carbon nanotube, and graphene having excellent thermal conductivity, a ceramic-based filler such as boron nitride (BN), aluminum nitride (AIN), and alumina may be used alone or It is prepared by mixing, uniformly dispersing and highly filling in a polymer substrate.

이와 같이 제조된 방열 고분자 복합체는 자동차, 전기·전자 분야 등에 전자기기 및 전기 자동차 배터리의 온도를 낮추기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 최근에는 이러한 방열 특성 이외에도 보다 다양한 물성이 요구되고, 더욱이 자동차 배터리의 경우 발열뿐만 아니라 난연성이 요구되고 있으나, 종래 방열 기능에 초점을 맞추어 개발된 방열 고분자 복합체의 경우 난연성을 갖지 않거나 또는 불충분한 성능을 나타낸다.The heat-dissipating polymer composite prepared in this way can be used to lower the temperature of electronic devices and electric vehicle batteries in automobiles, electric/electronic fields, and the like. However, in recent years, more various physical properties are required in addition to these heat dissipation properties, and moreover, in the case of automobile batteries, not only heat generation but also flame retardancy are required. represents performance.

일 예로, 한국등록특허 제10-1218508호(2013.01.03: 공고일)는 세라믹-탄소 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 탄소체에 작용기나 커플링제를 매개로 하여 산화세라믹을 코팅한 복합체를 제조하며, 상기 복합체는 열전도도와 전기절연성을 가짐을 개시하고 있고, 한국등록특허 제10-1603582호(2016.03.16: 공고일)는 세라믹-탄소복합체 함유 저강성층을 이용한 열확산시트에 관한 것으로서, 흑연에 작용기나 커플링제를 매개로 하여 산화세라믹이 코팅된 복합체를 포함한 저강성 복합수지층 및 열전도성 금속으로 이루어진 금속방열층을 포함하여 열 확산 기능, 전지 절연 기능을 구현할 수 있음을 개시하고 있다.For example, Korean Patent Registration No. 10-1218508 (2013.01.03: publication date) relates to a ceramic-carbon composite and a method for manufacturing the same, and manufactures a composite coated with oxide ceramic through a functional group or a coupling agent on a carbon body And, the composite discloses that it has thermal conductivity and electrical insulation, and Korean Patent Registration No. 10-1603582 (2016.03.16: Publication date) relates to a thermal diffusion sheet using a low-stiffness layer containing a ceramic-carbon composite, and graphite It is disclosed that a heat diffusion function and a battery insulation function can be realized by including a low-stiffness composite resin layer including an oxide ceramic-coated composite and a metal heat dissipation layer made of a thermally conductive metal through a functional group or a coupling agent.

그러나, 상기 선행문헌 모두에서 탄소체에 코팅된 물질은 산화물로서 산화물인 세라믹은 방열성능은 나타내나 연소를 막을 수 있는 화학적 성질이 없기 때문에 상기 세라믹이 코팅된 흑연은 난연성능을 나타낼 수 없어 상기 세라믹-탄소 복합체는 난연성이 요구되는 분야에 적용될 수 없다. However, in all of the prior literature, the material coated on the carbon body is an oxide, and ceramics, which are oxides, exhibit heat dissipation performance but do not have chemical properties that can prevent combustion, so graphite coated with ceramics cannot exhibit flame retardant performance. -Carbon composites cannot be applied to fields requiring flame retardancy.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 방열과 함께 난연성능을 갖는 물질로서, 금속수산화물이 적용되고 있다.Therefore, in order to solve this problem, as a material having heat dissipation and flame retardancy, metal hydroxide is being applied.

일 예로 일본공개특허 제2021-014513호(공개일: 2021.02.12.)에서는 난연성 수지 조성물의 함유 성분으로써 수산화알루미늄 및/또는 수산화마그네슘 또는 중공세라믹 비즈 및/또는 팽창흑연을 개시하고 있고, 한국 등록특허 제10-2183631호(등록일:2020.11.20.)에서는 그래핀 산화물 또는 환원물의 표면에 무기질 금속수산화물을 겹합하여 난연성을 갖는 난연성 그래핀 기반 복합섬유를 개시하고 있다.For example, Japanese Patent Publication No. 2021-014513 (published date: 2021.02.12.) discloses aluminum hydroxide and/or magnesium hydroxide or hollow ceramic beads and/or expanded graphite as components of the flame retardant resin composition, and is registered in Korea. Patent No. 10-2183631 (registration date: 2020.11.20.) discloses a flame retardant graphene-based composite fiber having flame retardancy by combining inorganic metal hydroxide on the surface of graphene oxide or reduced material.

한편, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)은 건축용 폴리우레탄 폼 제조를 위한 실리콘 정포제, 디스플레이용 보호 필름의 기재, 또는 전극을 구성하는 박막의 기재 등 다양한 분야에 사용되는 물질로, 방열 및 난연성이 요구되는 분야의 기재로서 사용될 때에는 별도의 방열제 및 난연제를 포함한다. 이는, PDMS의 경우 구조 상에 Si-O 결합을 포함하고 있어, 열분해시 연소되는 상기 고분자 표면으로 무정형 실리카(SiO2)를 형성하여 난연성을 나타내는 것으로 알려져 있기는 하지만, 상기 무정형 실리카에 의한 난연성은 아주 짧은 시간 유지될 수 있어, 방열 및 난연성을 가져야 하는 실사용 분야에서는 PDMS 자체만으로 사용할 수 없기 때문이다.On the other hand, polydimethylsiloxane (PDMS) is a material used in various fields such as a silicone foam stabilizer for manufacturing polyurethane foam for construction, a substrate for a protective film for a display, or a substrate for a thin film constituting an electrode, and has heat dissipation and flame retardancy. When used as a substrate in a required field, a separate heat dissipating agent and flame retardant are included. This is because, in the case of PDMS, it is known to exhibit flame retardancy by forming amorphous silica (SiO 2 ) on the surface of the polymer that is burned during thermal decomposition because it contains Si-O bonds in the structure, but the flame retardance by the amorphous silica This is because it can be maintained for a very short time and cannot be used only with PDMS itself in practical use fields that must have heat dissipation and flame retardancy.

이러한 PDMS에 방열 및 난연성을 부여하기 위하여 PDMS에 금속수산화물을 충전하는 것을 고려해볼 수 있다. 그러나 이 경우 높은 온도의 열이 가해질 때 PDMS와 금속수산화물의 결합과정에서 가수분해반응에 의해 PDMS가 분해되어 열적 안정성이 개선되지 않는 문제점이 있다.In order to impart heat dissipation and flame retardancy to the PDMS, it may be considered to fill the PDMS with a metal hydroxide. However, in this case, there is a problem in that thermal stability is not improved because PDMS is decomposed by a hydrolysis reaction during the bonding process of PDMS and metal hydroxide when high temperature heat is applied.

따라서, 본 발명자는 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하면서 PDMS에 방열 및 난연성을 부여하기 위하여 연구를 거듭한 결과 금속수산화물을 탄소체에 코팅한 형태로 PDMS에 충진할 경우 상기 금속수산화물에 의한 PDMS의 분해를 방지함은 물론이고 금속수산화물에 의한 방열 및 난연성의 현저히 향상시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention have studied repeatedly to impart heat dissipation and flame retardancy to PDMS while improving the problems of the prior art. The present invention was completed by discovering that it is possible to significantly improve heat dissipation and flame retardancy by metal hydroxide as well as preventing.

한국등록특허 제10-1218508호(2013.01.03: 공고일)Korean Patent Registration No. 10-1218508 (2013.01.03: Publication Date) 한국등록특허 제10-1603582호(2016.03.16: 공고일)Korean Patent Registration No. 10-1603582 (2016.03.16: Publication Date) 일본공개특허 제2021-014513호(공개일: 2021.02.12.)Japanese Laid-open Patent No. 2021-014513 (published date: 2021.02.12.) 한국 등록특허 제10-2183631호(등록일:2020.11.20.)Korean Registered Patent No. 10-2183631 (registration date: 2020.11.20.)

본 발명은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)의 방열 및 난연성을 향상시키기 위하여, 난연성 및 방열성능을 갖는 금속수산화물 및 탄소체를 방열 및 난연제로 포함하되 이들의 난연성 및 방열 성능을 현저히 향상시키기 위하여, 금속수산화물을 탄소체에 코팅된 형태로서 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)에 분산하는 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to improve the heat dissipation and flame retardancy of polydimethylsiloxane (PDMS), the present invention includes a metal hydroxide and a carbon body having flame retardancy and heat dissipation performance as a heat dissipation and flame retardant, but in order to significantly improve their flame retardancy and heat dissipation performance, An object of the present invention is to provide a PDMS composite for heat dissipation/flame retardancy including a carbon body coated with a metal hydroxide, characterized in that the metal hydroxide is dispersed in polydimethylsiloxane (PDMS) in the form of a coating on the carbon body.

또한, 본 발명은 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a PDMS composite for heat dissipation/flame retardation including a carbon body coated with metal hydroxide.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 폴리디메틸실록산을 기재로 하여, 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 충진제로 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is a PDMS composite for heat dissipation / flame retardancy including a metal hydroxide-coated carbon body, characterized in that it includes a metal hydroxide-coated carbon body as a filler, based on polydimethylsiloxane to provide.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복합체는 PDMS 100 중량부에 충전제를 20 내지 60 중량부로 포함할 수 있으며, 상기 금속수산화물이 코팅된 탄소체는 탄소체 100 중량부에 금속수산화물이 15 내지 40 중량부로 코팅된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the composite may include 20 to 60 parts by weight of a filler in 100 parts by weight of PDMS, and the carbon body coated with the metal hydroxide contains 15 to 40 parts by weight of the metal hydroxide per 100 parts by weight of the carbon body. It may be coated in parts by weight.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속수산화물은 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 및 수산화아연으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상이고, 상기 탄소체는 흑연(Graphite), 팽창가능흑연(Expandable Graphite), 팽창흑연(Expanded Graphite), 그래핀(Graphene), 카본파이버(Carbon fiber), 카본 나노 파이버(Carbon Nano Fiber) 및 카본나노튜브(CNTs)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal hydroxide is at least one selected from the group consisting of magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, and zinc hydroxide, and the carbon body is graphite, expandable graphite, and expandable graphite. It may be at least one selected from the group consisting of graphite, graphene, carbon fiber, carbon nano fiber, and carbon nano tube (CNTs).

또한, 본 발명은 (a) 탄소체의 표면에 하이드록실기 또는 카르복실기 작용기; 실란 커플링제, 타이터네이트 커플링제 및 지르코니아 커플링제 중 선택되는 어느 한 이상의 커플링제; 및 N-알킬이나 N, N-디알킬아미드기를 가지는 고분자; 중 선택되는 어느 하나 이상의 표면 개질제를 도입하여 표면 개질된 탄소체를 제조하는 단계; (b) 상기 표면 개질된 탄소체에 금속수산화물 전구체를 첨가하여 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 충전제로서 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 기재에 첨가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention (a) a hydroxyl group or a carboxyl functional group on the surface of the carbon body; at least one coupling agent selected from a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and a zirconia coupling agent; and polymers having N-alkyl or N,N-dialkylamide groups; preparing a surface-modified carbon body by introducing any one or more surface modifiers selected from; (b) preparing a metal hydroxide-coated carbon body by adding a metal hydroxide precursor to the surface-modified carbon body; and (c) adding the metal hydroxide-coated carbon body as a filler to a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. A method for preparing the composite is provided.

상기 (a) 단계에서 탄소체의 표면에 표면개질제를 pH 6 이하의 산성용액에서 도입할 수 있으며, (b) 단계는 상기 표면 개질된 탄소체와 금속수산화물 전구체를, 염기성 촉매를 포함한 pH 7 이상의 용액에서 반응시켜 상기 탄소체의 표면에 금속수산화물을 코팅하도록 할 수 있다.In the step (a), a surface modifier may be introduced to the surface of the carbon body in an acidic solution having a pH of 6 or less, and in step (b), the surface-modified carbon body and the metal hydroxide precursor may be introduced into the surface of the carbon body at a pH of 7 or higher including a basic catalyst. By reacting in a solution, a metal hydroxide may be coated on the surface of the carbon body.

본 발명은 PDMS 기재에 방열 및 난연성을 갖는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 충전제로서 포함하여 방열 성능과 함께 화염 또는 고온의 환경에서 PDMS에 난연성을 부여할 수 있다. 따라서 방열 및 난연성이 요구되는 자동차, 전기·전자 분야 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.The present invention includes, as a filler, a carbon body coated with a metal hydroxide having heat dissipation and flame retardancy on a PDMS substrate, so as to impart heat dissipation performance and flame retardancy to PDMS in a flame or high-temperature environment. Therefore, it can be applied to various fields such as automobiles and electrical/electronic fields that require heat dissipation and flame retardancy.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 금속수산화물이 코팅된 흑연을 제조하는 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Mg(OH)2이 코팅된 흑연의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 Mg(OH)2가 코팅된 흑연의 TGA 분석 그래프이다.
1 shows a flow chart for producing metal hydroxide-coated graphite according to an embodiment of the present invention.
2 is a SEM image of graphite coated with Mg(OH) 2 according to an embodiment of the present invention.
3 is a TGA analysis graph of graphite coated with Mg(OH) 2 prepared according to an embodiment of the present invention.

다른 식으로 정의되지 않는 한 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is one well known and commonly used in the art.

본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.When it is said that a certain part "includes" a certain component throughout this specification, it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated.

방열이란 열을 방산하거나 또는 효과적으로 외부로 배출하는 것을 의미하고, 난연이란 쉽게 타지 않아 발화를 지연시키고, 연소의 확대를 막아주는 성질을 의미하는 것으로서, 본 발명은 방열 및/또는 난연성을 갖는 금속수산화물 및 탄소체를 포함하되, 상기 금속수산화물을 탄소체에 코팅된 형태로서 PDMS 기재에 충전하여, PDMS의 방열 및 난연 성능을 현저히 향상시키는 것을 특징으로 하는, 금속수산화물이 코팅된 탄소체 충전제를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체에 관한 것이다.Heat dissipation means dissipation or effective discharge of heat to the outside, flame retardancy means a property that does not burn easily, delays ignition, and prevents the expansion of combustion. The present invention is a metal hydroxide having heat radiation and / or flame retardancy. And a carbon body, wherein the metal hydroxide is filled in a PDMS substrate in the form of a coating on the carbon body, thereby significantly improving the heat dissipation and flame retardant performance of the PDMS, heat dissipation including a carbon filler coated with a metal hydroxide / It is about flame retardant PDMS composite.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 일 측면으로 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)을 기재로 하여, 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 충전제로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체 충전제를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체를 제공한다.In one aspect, the present invention is based on polydimethylsiloxane (PDMS), and includes a metal hydroxide-coated carbon body as a filler. provides a complex.

본 발명에 있어서 기재는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로, 건축용 폴리우레탄 폼 제조를 위한 실리콘 정포제, 디스플레이용 보호 필름의 기재, 또는 전극을 구성하는 박막의 기재 등 다양한 분야에 사용되고 있고, 구조 상에 Si-O 결합을 포함하고 있어, 열분해시 연소되는 상기 고분자 표면으로 무정형 실리카(SiO2)를 형성하여 난연성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 무정형 실리카에 의한 난연성은 아주 짧은 시간 유지될 수 있어, PDMS를 방열 및 난연성을 갖는 물질로서 실사용하기 위해서는 이러한 특성을 갖는 충전제를 포함할 필요가 있다.In the present invention, the substrate is polydimethylsiloxane (PDMS), which is used in various fields such as a silicone foam stabilizer for manufacturing polyurethane foam for construction, a substrate for a protective film for a display, or a substrate for a thin film constituting an electrode. It is known to exhibit flame retardancy by forming amorphous silica (SiO 2 ) on the surface of the polymer, which contains a Si-O bond on the surface and burns during thermal decomposition. However, since the flame retardancy of the amorphous silica can be maintained for a very short time, it is necessary to include a filler having such characteristics in order to actually use PDMS as a material having heat dissipation and flame retardancy.

따라서, 본 발명은 충전제로서 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함하며, 상기 충전제는 상기 PDMS 100 중량부에 대해 20 내지 60 중량부로, 바람직하게는 30~50 중량부로 포함된다. 상기 범위에 있을 때, 난연제에 의한 방열 및 난연 성능이 충분히 나타난다.Therefore, the present invention includes a metal hydroxide-coated carbon body as a filler, and the filler is included in 20 to 60 parts by weight, preferably 30 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the PDMS. When in the above range, heat dissipation and flame retardant performance by the flame retardant are sufficiently exhibited.

구체적으로 상기 금속수산화물이 코팅된 탄소체는 탄소체 100 중량부에 금속수산화물이 15 내지 40 중량부로 코팅된 것일 수 있다. 탄소체의 함량이 상기 범위에 있을 때, 난연 효과가 가장 크게 나타난다. 보다 구체적으로는 상기 금속수산화물은 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화알루미늄(Al2(OH)3) 및 수산화아연(Zn(OH)2)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상이고, 상기 탄소체는 10 ㎚ 내지 1000 ㎛ 크기를 가지며, 흑연(Graphite), 팽창가능흑연(Expandable Graphite), 팽창흑연(Expanded Graphite), 그래핀(Graphene), 카본파이버(Carbon fiber), 카본 나노 파이버(Carbon Nano Fiber) 및 카본나노튜브(CNTs)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상이다.Specifically, the metal hydroxide-coated carbon body may be coated with 15 to 40 parts by weight of the metal hydroxide per 100 parts by weight of the carbon body. When the content of the carbon body is within the above range, the flame retardant effect is greatest. More specifically, the metal hydroxide is at least one selected from the group consisting of magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ), aluminum hydroxide (Al 2 (OH) 3 ) and zinc hydroxide (Zn(OH) 2 ), wherein the The carbon body has a size of 10 nm to 1000 μm, and includes graphite, expandable graphite, expanded graphite, graphene, carbon fiber, and carbon nanofiber. Nano Fiber) and at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes (CNTs).

이러한 본 발명에 따른 복합체는 방열 및 난연성을 갖는 수산화금속 및 탄소체를 포함하되, 상기 수산화금속을 탄소체에 코팅된 형태로서 PDMS에 충전함에 따라 방열 및 난연 성능을 현저히 향상시켜, 면저항 108 내지 1014 Ω/sq, 열전도도 0.6 내지 0.78 및 가스토치로 실시한 발화테스트에서 발화시간 51 내지 60초를 나타낸다.The composite according to the present invention includes a metal hydroxide and a carbon body having heat dissipation and flame retardancy, but the metal hydroxide is coated on the carbon body and significantly improves heat dissipation and flame retardancy performance as the PDMS is filled, and the sheet resistance is 10 8 to 10 14 Ω/sq, thermal conductivity of 0.6 to 0.78, and ignition time of 51 to 60 seconds in an ignition test conducted with a gas torch.

본 발명은 다른 일 측면으로, (a) 단계는 탄소체의 표면에 하이드록실기 또는 카르복실기 작용기; 실란 커플링제, 타이터네이트 커플링제 및 지르코니아 커플링제 중 선택되는 어느 한 이상의 커플링제; 및 N-알킬이나 N, N-디알킬아미드기를 가지는 고분자; 중 선택되는 어느 하나 이상의 표면 개질제를 도입하여 표면 개질된 탄소체를 제조하는 단계; (b) 상기 표면 개질된 탄소체에 금속수산화물 전구체를 첨가하여 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 충전제로서 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 기재에 첨가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체의 제조방법을 제공한다.In another aspect of the present invention, step (a) is a hydroxyl group or carboxyl functional group on the surface of the carbon body; at least one coupling agent selected from a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and a zirconia coupling agent; and polymers having N-alkyl or N,N-dialkylamide groups; preparing a surface-modified carbon body by introducing any one or more surface modifiers selected from; (b) preparing a metal hydroxide-coated carbon body by adding a metal hydroxide precursor to the surface-modified carbon body; and (c) adding the metal hydroxide-coated carbon body as a filler to a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. A method for preparing the composite is provided.

본 발명에 있어서, (a) 및 (b) 단계는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 제조하는 단계로서, 도 1에 해당한다.In the present invention, steps (a) and (b) are steps for preparing a metal hydroxide-coated carbon body, and correspond to FIG. 1.

도 1을 참고하면, 상기 (a) 단계는 탄소체의 표면에 하이드록실기 또는 카르복실기 작용기; 실란 커플링제, 타이터네이트 커플링제 및 지르코니아 커플링제 중 선택되는 어느 한 이상의 커플링제; 및 N-알킬이나 N, N-디알킬아미드기를 가지는 고분자; 중 선택되는 어느 하나 이상의 표면 개질제를 도입하여 표면 개질된 탄소체를 제조하는 단계이다. Referring to Figure 1, step (a) is a hydroxyl group or carboxyl functional group on the surface of the carbon body; at least one coupling agent selected from a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and a zirconia coupling agent; and polymers having N-alkyl or N,N-dialkylamide groups; This is a step of preparing a surface-modified carbon body by introducing one or more surface modifiers selected from among them.

상기 탄소체는 흑연(Graphite), 팽창가능흑연(Expandable Graphite), 팽창흑연(Expanded Graphite), 그래핀(Graphene), 카본파이버(Carbon fiber), 카본 나노 파이버(Carbon Nano Fiber) 및 카본나노튜브(CNTs)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로, 상기 탄소체는 표면에 작용기가 없는 소수성을 나타내므로 수용액에서의 분산이 어렵고 상기 표면상에 금속수산화물을 코팅하는데 어려움이 있으며 상기 탄소체 표면에 금속수산화물을 코팅하더라도 상기 탄소체 표면의 기공은 열전도도에 치명적 영향을 미친다. 따라서 탄소체 표면에 작용기를 도입하는 표면개질 단계가 필요하다.The carbon body includes graphite, expandable graphite, expanded graphite, graphene, carbon fiber, carbon nano fiber, and carbon nanotube ( At least one selected from the group consisting of (CNTs), since the carbon body exhibits hydrophobicity without functional groups on the surface, it is difficult to disperse in an aqueous solution and difficult to coat the metal hydroxide on the surface, and it is difficult to coat the metal hydroxide on the surface of the carbon body. Even if the hydroxide is coated, pores on the surface of the carbon body have a fatal effect on thermal conductivity. Therefore, a surface modification step of introducing a functional group to the surface of the carbon body is required.

따라서, 상기 (a) 단계에서 탄소체의 표면에 하이드록실기 또는 카르복실기 작용기; 실란 커플링제, 타이터네이트 커플링제 및 지르코니아 커플링제 중 선택되는 어느 한 이상의 커플링제; 및 N-알킬이나 N, N-디알킬아미드기를 가지는 고분자; 중 선택되는 어느 하나 이상의 표면 개질제를 도입하여 상기 탄소체의 표면을 화학적 결합 또는 물리적 결합을 통하여 개질한다.Therefore, in the step (a), a hydroxyl group or a carboxyl functional group on the surface of the carbon body; at least one coupling agent selected from a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and a zirconia coupling agent; and polymers having N-alkyl or N,N-dialkylamide groups; The surface of the carbon body is modified through chemical bonding or physical bonding by introducing any one or more surface modifiers selected from among.

탄소체 표면에 대한 화학적 개질방법은 크게 3가지가 있다. 첫 번째는 고온의 산성 용액에서 탄소체에 하이드록실기를 도입하는 방법으로, 이 방법의 경우 탄소체의 구조가 파괴되어 탄소체의 우수한 특성이 손실될 우려가 있다. 두 번째는 상이동 촉매를 이용하여 탄소체 표면에 작용기를 도입하는 방법으로서, 유기용매에 분산되어 있는 탄소체와 물에 용해되어 있는 산화제를 혼합시켜 두 용액 사이의 계면에서 상이동촉매에 의한 이온 전달이 이루어지도록 하여 탄소체 표면에 친핵성 치환반응에 의한 작용기를 생성한 후 상기 표면개질된 탄소체에 커플링제를 도입한다. 세 번째는 약산의 수용액에 탄소체를 도입하여 커플링제를 도입하는 방법으로 상기 커플링제 중 1종 이상 사용할 수 있다.There are three major methods of chemical modification of the surface of the carbon body. The first is a method of introducing a hydroxyl group into a carbon body in a high-temperature acidic solution. In this method, the structure of the carbon body is destroyed and there is a risk of loss of excellent properties of the carbon body. The second method is to introduce a functional group to the surface of the carbon body using a phase transfer catalyst. A carbon body dispersed in an organic solvent and an oxidizing agent dissolved in water are mixed, and ions are generated at the interface between the two solutions by the phase transfer catalyst. After generating a functional group by a nucleophilic substitution reaction on the surface of the carbon body by allowing transfer to occur, a coupling agent is introduced into the surface-modified carbon body. The third is a method of introducing a coupling agent by introducing a carbonaceous material into an aqueous solution of a weak acid, and one or more of the above coupling agents may be used.

바람직하게는 상기 두 번째 또는 세 번째 방법에 의해 탄소체 표면을 화학적으로 개질하며, 일 실시예로, 화학적 결합을 통한 탄소체의 개질은 pH 6이하의 산성 용액에서 탄소체 표면에 하이드록실기, 카르복실기 또는 커플링제를 도입하거나 탄소체 표면에 하이드록실기 또는 카르복실기를 도입한 후 커플링제를 더 도입하여 탄소체의 표면을 개질할 수 있다. Preferably, the surface of the carbon body is chemically modified by the second or third method, and in one embodiment, the modification of the carbon body through chemical bonding is carried out in an acidic solution of pH 6 or less, a hydroxyl group on the surface of the carbon body, The surface of the carbon body may be modified by introducing a carboxyl group or a coupling agent, or by further introducing a coupling agent after introducing a hydroxyl group or a carboxyl group to the surface of the carbon body.

이때 상기 커플링제는 실란 커플링제, 타이터네이트 커플링제 및 지르코니아 커플링제 중 선택되는 어느 하나 이상으로, 구체적으로는 상기 실란 커플링제는 아미노에틸 아미노프로필 트리에톡시 실란, 아미노프로필 트리메톡시 실란, 아미노프로필 트리에톡시 실란, 아미노에틸 아미노프로필 메틸 다이메톡시 실란, 페닐 트리에톡시 실란, 테트라에틸 오르소 실리케이트, 다이에톡시디메틸 실란, 페닐 아미노프로필 트리메톡시 실란 및 아미노에틸 아미노프로필 트리메톡시 실란으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 상기 타이터네이트 커플링제는 이소프로필 트라이 다이옥틸포스페이트 타이터네이트, 이소프로필 트라이올레일 타이터네이트, 이소프로필 트라이스티어릴 타이터네이트, 이소소프로필 트라이 도데실벤젠설포네이트 타이터네이트, 이소프로필 트라이 다이옥틸피고포스페이트 타이터네이트 및 테트라이소프로필 다이 디옥틸포스페이트 타이터네이트로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 지르코니아 커플링제는 지르코니움IV, 2,2비스-2-프로페놀레토메틸 뷰테놀레토 트리스다이옥틸피로포스페이토-오, 및 지르코니움 1,1비스-2-프로페놀레토메틸 뷰타놀레토 트리스 2-아미노 페닐레토로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In this case, the coupling agent is at least one selected from a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and a zirconia coupling agent, specifically, the silane coupling agent is aminoethyl aminopropyl triethoxy silane, aminopropyl trimethoxy silane, Aminopropyl triethoxy silane, aminoethyl aminopropyl methyl dimethoxy silane, phenyl triethoxy silane, tetraethyl ortho silicate, diethoxydimethyl silane, phenyl aminopropyl trimethoxy silane and aminoethyl aminopropyl trimethoxy It may be at least one selected from the group consisting of silanes, and the titanate coupling agent is isopropyl tridioctylphosphate titanate, isopropyl trioleyl titanate, isopropyl tristearyl titanate, isoso It may be at least one selected from the group consisting of propyl tri dodecylbenzenesulfonate titanate, isopropyl tridioctylpigophosphate titanate, and tetraisopropyl didioctylphosphate titanate, and the zirconia coupling agent is zirconium. Conium IV, 2,2bis-2-prophenoletomethyl butenoleto trisdioctylpyrophosphate-O, and zirconium 1,1bis-2-prophenoletomethyl butanoleto tris 2-amino It may be any one or more selected from the group consisting of phenyleto.

또한, 상기 탄소체 표면은 물리적 방법에 의해 개질될 수 있다.In addition, the surface of the carbon body may be modified by a physical method.

일 실시예로, 탄소체의 표면은 N-alkyl 또는 N, N-dialkyl amide 그룹을 가지는 고분자에 의해 개질될 수 있다. 구체적으로 물 또는 알코올 용액에 N-alkyl이나 N,N-dialkyl amide 그룹을 가지는 고분자를 용해시킨 후 탄소체를 첨가하여 교반하면, 상기 N-alkyl 또는 N, N-dialkyl amide 그룹을 가지는 고분자 체인의 경우 소수성 부분이 탄소체의 표면을 덮고 친수성 부분이 용액 밖으로 향하게 되어 고분자 체인끼리의 네트워크가 형성되어, 상기 고분자 커플링제는 탄소체 표면에 강하게 물리적 흡착되며, 이에 따라 상기 탄소체는 수소결합을 할 수 있는 상태가 된다.In one embodiment, the surface of the carbon body may be modified by a polymer having an N-alkyl or N,N-dialkyl amide group. Specifically, when a polymer having an N-alkyl or N,N-dialkyl amide group is dissolved in water or an alcohol solution, and then a carbon body is added and stirred, the polymer chain having the N-alkyl or N,N-dialkyl amide group is dissolved. In this case, the hydrophobic portion covers the surface of the carbon body and the hydrophilic portion faces out of the solution to form a network of polymer chains, so that the polymer coupling agent is strongly physically adsorbed on the surface of the carbon body, and thus the carbon body can form a hydrogen bond. be in a state of being able to

이때 상기 N-alkyl 또는 N, N-dialkyl amide 그룹을 가지는 고분자는 폴리(N-아세틸에틸렌이민), 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 폴리(N, N-디메틸아크릴아미드) 및 폴리(N-비닐피롤리돈)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로, 단독 또는 2종 이상의 혼합된 형태일 수 있으며, 상기 고분자는 탄소체의 크기에 따라 분자량이 조절되어, 크기가 큰 탄소체일수록 분자량이 큰 고분자가 사용되며, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 톨루엔, 다이메틸포름아마이드 및 자일렌 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.At this time, the polymer having the N-alkyl or N, N-dialkyl amide group is poly (N-acetylethyleneimine), poly (2-methyl-2-oxazoline), poly (N, N-dimethylacrylamide) and poly At least one selected from the group consisting of (N-vinylpyrrolidone), which may be used singly or in a mixed form of two or more, and the polymer has a molecular weight controlled according to the size of the carbon body, so that the carbon body has a large size. The higher the molecular weight, the higher the molecular weight is used, and the alcohol may be any one or more selected from methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone, toluene, dimethylformamide and xylene, but is not limited thereto.

다음으로, 본 발명의 (b) 단계는 상기 표면 개질된 탄소체에 금속수산화물 전구체를 첨가하여 졸겔법으로 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 제조하는 단계이다. Next, step (b) of the present invention is a step of preparing a carbon body coated with a metal hydroxide by a sol-gel method by adding a metal hydroxide precursor to the surface-modified carbon body.

상기 졸겔법은 보편적인 방법인 스토버 방법을 사용하거나 혹은 그 조건을 달리하여 수행될 수 있으나 바람직하게는, 상기 표면 개질된 탄소체와 촉매를 포함하는 pH 7 이상의 용액에 금속수산화물 전구체를 넣고 혼합한 후, 중합 반응시켜 탄소체의 표면에서 금속수산화물을 합성시킨다. 이때 중합 온도는 15 내지 80℃일 수 있고, 반응시간은 금속수산화물 전구체 및 표면 개질된 탄소체의 함량 및 온도 등에 따라 조절될 수 있다. 일 실시예로 15 ~ 80 ℃의 중합온도로 pH 7 이상의 용액조건에서는 5분 이상, 바람직하게는 5분 내지 3시간 정도, 탄소체 표면에 금속수산화물을 합성/코팅하거나 또는 다른 일 실시예로 마이크로웨이브 오븐에서 30 ~ 80 ℃의 중합온도로 1분 이상, 바람직하게는 5분 내지 10분 정도 반응시켜 탄소체 표면에 금속수산화물을 합성 및 코팅할 수 있다.The sol-gel method may be performed using a stover method, which is a common method, or under different conditions, but preferably, a metal hydroxide precursor is added to a solution of pH 7 or higher containing the surface-modified carbon body and a catalyst and mixed After that, a polymerization reaction is performed to synthesize a metal hydroxide on the surface of the carbon body. At this time, the polymerization temperature may be 15 to 80 ° C., and the reaction time may be adjusted according to the content and temperature of the metal hydroxide precursor and the surface-modified carbon body. In one embodiment, in a solution condition of pH 7 or higher at a polymerization temperature of 15 to 80 ° C., for 5 minutes or more, preferably 5 minutes to 3 hours, metal hydroxide is synthesized / coated on the surface of the carbon body, or in another embodiment, micro The metal hydroxide may be synthesized and coated on the surface of the carbon body by reacting at a polymerization temperature of 30 to 80 ° C. for 1 minute or more, preferably 5 to 10 minutes in a wave oven.

이때 상기 금속수산화물 전구체는 마그네슘 나이트레이트, 마그네슘 아세테이트 테트라하이드레이트 및 마그네슘 메톡사이드 로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 마그네슘 전구체; 알루미늄 나이트레이트, 알루미늄 이소프로폭사이드 및 알루미늄 세크 뷰톡사이드로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 알루미늄 전구체; 및 징크 나이트레이트, 징크 아세테이트 또는 이들의 혼합물인 산화아연 전구체; 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 촉매는 암모늄 하이드록사이드, 테트라프로필 암모늄 클로라이드, 테트라프로필 암모늄 하이드록사이드, 포테슘 하이드록사이드, 테트라부틸암모늄 브로마이드, 테트라부틸암모늄 클로라이드 및 테트라부틸암모늄 하이드록사이드로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 염기성 촉매일 수 있다.At this time, the metal hydroxide precursor is any one or more magnesium precursors selected from the group consisting of magnesium nitrate, magnesium acetate tetrahydrate and magnesium methoxide; Any one or more aluminum precursors selected from the group consisting of aluminum nitrate, aluminum isopropoxide and aluminum sec butoxide; and a zinc oxide precursor which is zinc nitrate, zinc acetate or a mixture thereof; It may be any one or more selected from, and the catalyst is ammonium hydroxide, tetrapropyl ammonium chloride, tetrapropyl ammonium hydroxide, potassium hydroxide, tetrabutylammonium bromide, tetrabutylammonium chloride and tetrabutylammonium hydroxide It may be any one or more basic catalysts selected from the group consisting of sides.

또한 이때, 상기 금속수산화물 전구체는 탄소체 100 중량부 대비 15 내지 40 중량부로 첨가된다. 이는 금속수산화물이 15 중량부 미만으로 포함될 경우 금속수산화물에 의한 방열 및 난연 성능 효과가 미미하고, 40 중량부를 초과할 경우 첨가된 금속수산화물 함량에 비해 효과 향상 정도가 크지 않아 경제성이 저하되고 탄소체에 코팅되지 않은 미결합성 금속수산화물이 다량 존재하게 되어 오히려 방열 및 난연성 효과를 저하시킬 수 있다.Also at this time, the metal hydroxide precursor is added in an amount of 15 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon body. This is because when the metal hydroxide is included in less than 15 parts by weight, the heat dissipation and flame retardant performance effect by the metal hydroxide is insignificant, and when it exceeds 40 parts by weight, the degree of effect improvement is not large compared to the added metal hydroxide content, so the economic efficiency is lowered and the carbon body A large amount of uncoated unbonded metal hydroxide may be present, which may rather deteriorate heat dissipation and flame retardancy effects.

본 발명에 있어서, (c) 단계는 상기 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 충전제로서 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 기재에 첨가하는 단계로, 상기 PDMS 기재 100 중량부에 대해 금속수산화물이 코팅된 탄소체는 충전제로서 20 내지 60중량부, 바람직하게는 30 내지 50중량부가 첨가된다. 충전제가 20 중량부 미만으로 포함될 경우 난연성 및 방열성능이 떨어질 수 있으며, 60 중량부를 초과할 경우에는 첨가된 충전제의 함량에 비해 효과 향상 정도가 크지 않아 경제성이 감소되고 오히려 기재와 결합되지 않은 미 결합성 충전제가 과량으로 존재하여 물성을 저하시킬 우려가 있다.In the present invention, step (c) is a step of adding the metal hydroxide-coated carbon body as a filler to a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate, based on 100 parts by weight of the PDMS substrate. The sieve is added as a filler in an amount of 20 to 60 parts by weight, preferably 30 to 50 parts by weight. If less than 20 parts by weight of the filler is included, flame retardancy and heat dissipation performance may deteriorate, and if it exceeds 60 parts by weight, the degree of improvement in effect is not large compared to the content of the added filler, reducing economic feasibility and rather unbonding that is not bonded to the substrate. There is a concern that physical properties may be deteriorated due to the presence of an excessive amount of fillers.

이하, 본 발명의 보다 구체적인 설명을 위하여 실시예를 들어 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples will be described for more specific explanation of the present invention. However, the following examples are only preferred examples of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

1. 전기 절연성 열전도성 충진제 합성1. Synthesis of Electrically Insulating and Thermally Conductive Fillers

충진제 1 내지 4fillers 1 to 4

상온에서 600 g의 에탄올에 Polyethylene Glycol(이하 "PEG") 2.5 내지 5 g을 도입하여 녹인 후, 흑연 50 g을 첨가하여 1시간 교반하고 이후 상온과 질소 분위기에서 MgCl2 20 내지 40 g을 첨가하여 1시간 교반한 다음 암모니아 수용액 (25-30 %) 33 내지 67 g을 첨가하였다. After introducing and dissolving 2.5 to 5 g of polyethylene glycol (hereinafter referred to as “PEG”) in 600 g of ethanol at room temperature, 50 g of graphite was added and stirred for 1 hour, and then 20 to 40 g of MgCl 2 was added at room temperature and nitrogen atmosphere. After stirring for 1 hour, 33 to 67 g of aqueous ammonia solution (25-30%) was added.

이 후 3시간 동안 교반한 후 필터링과 건조과정을 거쳐 수산화마그네슘이 코팅된 흑연을 제조하였으며, 상기 제조된 수산화마그네슘이 코팅된 흑연은 상기 PEG, MgCl2 및 암모니아 수용액 첨가 함량에 따라 각각 하기 표 1과 같이 충진제 1 내지 4로 제조하였다.Thereafter, after stirring for 3 hours, graphite coated with magnesium hydroxide was prepared through filtering and drying processes. It was prepared with fillers 1 to 4 as described above.

충진제 5filler 5

상온에서 600 g의 에탄올에 Polyethylene Glycol(이하 "PEG") 5 g을 도입하여 녹인 후, 흑연 50 g을 첨가하여 1시간 교반하고 이후 상온과 질소 분위기에서 AlCl3 40 g을 첨가하여 1시간 교반한 다음 암모니아 수용액 (25-30 %) 67 g을 첨가하였다. After introducing and dissolving 5 g of Polyethylene Glycol (hereinafter referred to as "PEG") in 600 g of ethanol at room temperature, 50 g of graphite was added and stirred for 1 hour, and then 40 g of AlCl 3 was added at room temperature and nitrogen atmosphere and stirred for 1 hour. Then 67 g of aqueous ammonia solution (25-30%) was added.

이 후 3시간 동안 교반한 후 필터링과 건조과정을 거쳐 수산화알루미늄이 코팅된 흑연을 제조하였다.After stirring for 3 hours, graphite coated with aluminum hydroxide was prepared through filtering and drying processes.

충진제 6filler 6

상온에서 600 g의 에탄올에 Polyethylene Glycol(이하 "PEG") 5 g을 도입하여 녹인 후, 흑연 50 g을 첨가하여 1시간 교반하고 이후 상온과 질소 분위기에서 ZnCl2 40 g을 첨가하여 1시간 교반한 다음 암모니아 수용액 (25-30 %) 67 g 을 첨가하였다.After introducing and dissolving 5 g of Polyethylene Glycol (hereinafter referred to as “PEG”) in 600 g of ethanol at room temperature, 50 g of graphite was added and stirred for 1 hour, and then 40 g of ZnCl 2 was added at room temperature and nitrogen atmosphere and stirred for 1 hour. Then 67 g of aqueous ammonia solution (25-30%) were added.

이후 3시간 동안 교반한 후 필터링과 건조과정을 거쳐 수산화아연이 코팅된 흑연을 제조하였다.Then, after stirring for 3 hours, graphite coated with zinc hydroxide was prepared through filtering and drying processes.

충진제 7filler 7

상온에서 600 g의 에탄올에 흑연 50 g을 첨가하여 1시간 교반한 후 상온과 질소 분위기에서 MgCl2 40 g을 첨가하여 1시간 교반한 다음 암모니아 수용액(25-30 %) 67 g 을 첨가하였다. 이후 3시간 동안 교반한 후 필터링과 건조과정을 거쳐 수산화마그네슘-흑연을 제조하였다.After adding 50 g of graphite to 600 g of ethanol at room temperature and stirring for 1 hour, 40 g of MgCl 2 was added at room temperature and nitrogen atmosphere, followed by stirring for 1 hour, and then 67 g of aqueous ammonia solution (25-30%) was added. After stirring for 3 hours, magnesium hydroxide-graphite was prepared through filtering and drying processes.

충진제 8filler 8

상온에서 600 g의 에탄올에 Polyethylene Glycol(이하 "PEG") 5 g을 도입하여 녹인 후, 흑연 50 g을 첨가하여 1시간 교반한 후 상온과 질소 분위기에서 MgCl2 40 g을 넣고 3시간 동안 교반한 후 필터링과 건조과정을 거쳐 충진제 8을 제조하였다.After introducing and dissolving 5 g of polyethylene glycol (hereinafter “PEG”) in 600 g of ethanol at room temperature, 50 g of graphite was added and stirred for 1 hour, then 40 g of MgCl 2 was added at room temperature and nitrogen atmosphere, and stirred for 3 hours. After filtering and drying, Filler 8 was prepared.

충진제 9 내지 11Fillers 9 to 11

비교을 위하여 흑연 50 g과 Mg(OH)2 40 g을 혼합한 혼합물(충진제 9), Mg(OH)2(충진제 10)만을 혹은 흑연(충진제 11)만을 충진제로 사용하였다.For comparison, a mixture of 50 g of graphite and 40 g of Mg(OH) 2 (filler 9), only Mg(OH) 2 (filler 10), or only graphite (filler 11) was used as a filler.

상기 충진제의 제조 조건 및 각 성분의 함량을 하기 표 1에 나타내었다.Manufacturing conditions and the content of each component of the filler are shown in Table 1 below.

또한, 상기 충진제 1 내지 11에 대하여 ASTM D 257에 준하여 면저항을 측정하여 나타내었다.In addition, the sheet resistance of the fillers 1 to 11 was measured and shown according to ASTM D 257.

Figure pat00001
Figure pat00001

2. 충진제 분석2. Filler analysis

(1) SEM 및 EDX 분석(1) SEM and EDX analysis

상기 제조된 충진제 3의 표면형상 및 구성원소를 분석하기 위하여, SEM(Scanning Electron Microscope) 및 EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)분석을 실시하여, 그 결과를 도 2 및 표 2에 나타내었다.In order to analyze the surface shape and constituent elements of the prepared filler 3, SEM (Scanning Electron Microscope) and EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) analyzes were performed, and the results are shown in FIG. 2 and Table 2.

도 2는 흑연에 수산화마그네슘이 코팅된 충진제 3을 2,000배 및 50,000 배 확대하여 나타낸 SEM 사진으로, 본래 흑연 표면은 넓은 판상이나 수산화마그네슘이 코팅된 흑연은 표면에 코팅층이 여러겹 존재하는 것을 확인할 수 있다. FIG. 2 is a SEM photograph showing filler 3 coated with magnesium hydroxide on graphite magnified 2,000 times and 50,000 times. It can be seen that the original graphite surface has a wide plate shape, but the graphite coated with magnesium hydroxide has several coating layers on the surface. there is.

구분division wt(%)wt(%) At(%)At (%) CC 63.2963.29 79.3479.34 OO 29.0729.07 18.4618.46 MgMg 3.983.98 2.132.13

(2) TGA 분석(2) TGA analysis

상기 제조된 충진제 3에 있어서, 흑연에 코팅된 마그네슘의 형태를 확인하기 위하여, TGA 분석을 실시하여 도 3에 나타내었으며, 이때 대조군으로는 시중에 판매되는 Mg(OH)2를 사용하였다.In the prepared filler 3, in order to confirm the form of magnesium coated on graphite, TGA analysis was performed and shown in FIG. 3, at which time, commercially available Mg(OH) 2 was used as a control.

도 3에 따르면 충진제 3과 대조군 Mg(OH)2 모두 TGA 분석시 열분해에 의해 H2O를 방출하고 있어, 상기 충진제 3에서 흑연에 코팅된 물질은 수산화마그네슘 Mg(OH)2임을 알 수 있다.According to FIG. 3, both filler 3 and control Mg(OH) 2 release H 2 O by thermal decomposition upon TGA analysis, indicating that the material coated on graphite in filler 3 is magnesium hydroxide Mg(OH) 2 .

<실험예 1> 충진제의 종류에 따른 PDMS 복합체 난연성 평가<Experimental Example 1> PDMS composite flame retardancy evaluation according to the type of filler

하기 표 3과 같이 충진제 40wt% 와 2형액 PDMS(Dow, Sylgard 184) 60 wt%을 Mixer를 이용하여 상온에서 10분간 혼련하고 120 ℃에서 10분동안 프레스 몰딩하여 전기 절연성 고열전도성 수지를 제조하였다. 이어 상기 제조된 충진재가 도입 전기절연성 고열전도성 수지 조성물에 대하여 ASTM D257에 준하여 면저항 그리고 ASTM E1461에 준하여 열전도도(수평방향)를 측정하였다.As shown in Table 3 below, 40 wt% of the filler and 60 wt% of the type 2 liquid PDMS (Dow, Sylgard 184) were kneaded using a mixer for 10 minutes at room temperature and press-molded at 120 ° C. for 10 minutes to prepare an electrically insulating high thermal conductivity resin. Next, sheet resistance and thermal conductivity (horizontal direction) were measured according to ASTM E1461 according to ASTM D257 with respect to the prepared electrical insulating high thermal conductivity resin composition introduced with the filler.

상기 제조된 충진제가 도입된 고분자 복합체의 열전도도 및 면저항 측정 결과를 조성과 함께 아래 표 2에 나타내었다. 복합체의 난연성은 가스토치와 10 cm 거리에 10 cm x 10 cm x 2 T 시편을 두고 토치를 점화한 후 시편에 불이 붙는 시간을 확인하였다.The thermal conductivity and sheet resistance measurement results of the polymer composite into which the prepared filler was introduced are shown in Table 2 below along with the composition. The flame retardancy of the composite was checked by placing a 10 cm x 10 cm x 2 T specimen at a distance of 10 cm from the gas torch and igniting the torch, then igniting the specimen.

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 표 3은 고분자 수지로 PDMS를 사용하고 상기 충진제1 내지 충진제11 및 충진제를 사용하지 않은 PDMS만의 발화시간 및 열전도도 등을 나타낸 것이다. 충진제의 전구체로서 MgCl2, AlCl3, ZnCl2를 첨가하고, 암모니아 수도 같이 첨가하여 상기 전구체들이 수산화물로 전환되도록 한, 실시예1 내지 실시예 6은 발화시간이 최소 50 초를 초과하여 난연성을 어느 정도 보였으나, 충진제를 포함하지 않은 비교예 6은 매우 짧은 발화시간을 보였고, 실시예 3과 동일한 양의 흑연과 MgCl2, PEG를 사용하였으나, 암모니아수를 첨가하지 않아 Mg(OH)2로 전환되지 않고, MgCl2의 형태를 유지하는 비교예 2(충진제8)의 경우에도 발연시간이 짧게 나타남을 확인할 수 있다. Table 3 shows the ignition time and thermal conductivity of PDMS only using PDMS as a polymer resin and not using fillers 1 to 11 and fillers. Examples 1 to 6, in which MgCl 2 , AlCl 3 , and ZnCl 2 were added as precursors of the filler, and ammonia was also added so that the precursors were converted into hydroxides, the ignition time exceeded at least 50 seconds, so that the flame retardance was reduced to any Comparative Example 6, which did not contain a filler, showed a very short ignition time, and the same amount of graphite, MgCl 2 and PEG as in Example 3 was used, but no ammonia water was added, so it was not converted to Mg (OH) 2 It can be confirmed that the smoke time is short even in the case of Comparative Example 2 (filler 8) maintaining the form of MgCl 2 .

<실험예 2> 충진제의 종류에 따른 에폭시 복합체 난연성 평가<Experimental Example 2> Epoxy composite flame retardancy evaluation according to the type of filler

상기 실험예 1에서 PDMS 대신 다른 고분자 수지를 사용한 경우의 충진제 효과를 살피기 위해, 2형액 에폭시(EPONS)를 50wt%와, 충진제를 50wt%를 Mixer를 이용하여 상온에서 10분간 혼련하고 60 도에서 30분 동안 프레스 몰딩하여 전기 절연성 고열전도성 수지를 제조하였다. 이후 상기 실험예1에서와 같이 열전도도 및 면저항, 점화시간을 측정하여 하기 표 4에 기재하였다. In order to examine the effect of the filler in the case of using other polymer resins instead of PDMS in Experimental Example 1, 50 wt% of the two-type liquid epoxy (EPONS) and 50 wt% of the filler were kneaded for 10 minutes at room temperature using a mixer and mixed at 60 degrees for 30 minutes. An electrically insulating high thermal conductivity resin was prepared by press molding for a minute. Then, as in Experimental Example 1, thermal conductivity, sheet resistance, and ignition time were measured and listed in Table 4 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 표 4는 PDMS 대신 다른 고분자를 사용한 경우의 효과를 보여주기 위하여 PDMS 대신 에폭시를 사용하여 복합체를 구성하고 테스트한 결과이다. 에폭시의 경우 PDMS보다 난연성이 떨어지므로 충진제의 함량을 50wt%로 더 늘려서 복합체를 제조하였다.Table 4 shows the results of constructing and testing composites using epoxy instead of PDMS in order to show the effect of using other polymers instead of PDMS. In the case of epoxy, since the flame retardancy is lower than that of PDMS, a composite was prepared by further increasing the content of the filler to 50 wt%.

충진제가 혼합되는 고분자로서 PDMS가 아닌 에폭시를 사용한 경우, 흑연에 Mg(OH)2가 코팅된 형태의 충진제 6을 사용한 비교예 7보다, 흑연은 포함되지 않고 Mg(OH)2만으로 이루어진 충진제 10을 사용한 비교예 9의 경우가 발화시간이 더 느린 것으로 나타나고 있는데, 이는 표 3에서의 결과와는 반대의 결과를 보인다. When epoxy, not PDMS, is used as the polymer to which the filler is mixed, filler 10 consisting of only Mg(OH) 2 without graphite is compared to Comparative Example 7 using filler 6 in which graphite is coated with Mg(OH) 2 . In the case of Comparative Example 9, which was used, the ignition time was found to be slower, which is opposite to the results in Table 3.

이로 보아, PDMS 기재의 복합체에서는 흑연입자에 금속수산화물이 코팅된 본원 발명의 충진제가 난연제로서 효과를 나타냄을 확인할 수 있다. From this, it can be confirmed that the filler of the present invention, in which graphite particles are coated with metal hydroxide, exhibits an effect as a flame retardant in the PDMS-based composite.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적은 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific parts of the present invention in detail above, it will be clear to those skilled in the art that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (7)

폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)을 기재로 하여, 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 충전제로 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체.
A PDMS composite for heat dissipation/flame retardancy including a metal hydroxide-coated carbon body, characterized in that it includes a metal hydroxide-coated carbon body as a filler, based on polydimethylsiloxane (PDMS).
제 1 항에 있어서,
상기 복합체는 PDMS 100 중량부에 충전제를 20 내지 60 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체.
According to claim 1,
The composite is a PDMS composite for heat dissipation / flame retardancy including a metal hydroxide-coated carbon body, characterized in that it comprises 20 to 60 parts by weight of a filler in 100 parts by weight of PDMS.
제 1 항에 있어서,
상기 금속수산화물이 코팅된 탄소체는 탄소체 100 중량부에 금속수산화물이 15 내지 40 중량부로 코팅된 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체.
According to claim 1,
The metal hydroxide-coated carbon body is a PDMS composite for heat dissipation / flame retardancy including a metal hydroxide-coated carbon body, characterized in that the metal hydroxide is coated in 15 to 40 parts by weight with 100 parts by weight of the carbon body.
제 1 항에 있어서,
상기 금속수산화물은 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 및 수산화아연으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상이고,
상기 탄소체는 흑연(Graphite), 팽창가능흑연(Expandable Graphite), 팽창흑연(Expanded Graphite), 그래핀(Graphene), 카본파이버(Carbon fiber), 카본 나노 파이버(Carbon Nano Fiber) 및 카본나노튜브(CNTs)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체.
According to claim 1,
The metal hydroxide is at least one selected from the group consisting of magnesium hydroxide, aluminum hydroxide and zinc hydroxide,
The carbon body includes graphite, expandable graphite, expanded graphite, graphene, carbon fiber, carbon nano fiber, and carbon nanotube ( A PDMS composite for heat dissipation / flame retardancy including a carbon body coated with a metal hydroxide, characterized in that at least one selected from the group consisting of CNTs).
(a) 탄소체의 표면에 하이드록실기 또는 카르복실기 작용기; 실란 커플링제, 타이터네이트 커플링제 및 지르코니아 커플링제 중 선택되는 어느 한 이상의 커플링제; 및 N-알킬이나 N, N-디알킬아미드기를 가지는 고분자; 중 선택되는 어느 하나 이상의 표면 개질제를 도입하여 표면 개질된 탄소체를 제조하는 단계;
(b) 상기 표면 개질된 탄소체에 금속수산화물 전구체를 첨가하여 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 충전제로서 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 기재에 첨가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체의 제조방법.
(a) a hydroxyl or carboxyl functional group on the surface of a carbon body; at least one coupling agent selected from a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and a zirconia coupling agent; and polymers having N-alkyl or N,N-dialkylamide groups; preparing a surface-modified carbon body by introducing any one or more surface modifiers selected from;
(b) preparing a metal hydroxide-coated carbon body by adding a metal hydroxide precursor to the surface-modified carbon body; and
(c) adding the metal hydroxide-coated carbon body as a filler to a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate; heat dissipation/flame retardant PDMS composite including a metal hydroxide-coated carbon body Manufacturing method of.
제 5 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 탄소체의 표면에 표면 개질제를 pH 6 이하의 산성용액에서 도입하는 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체의 제조방법.
According to claim 5,
Method for producing a PDMS composite for heat dissipation / flame retardancy including a metal hydroxide-coated carbon body, characterized in that in the step (a), a surface modifier is introduced to the surface of the carbon body in an acidic solution of pH 6 or less.
제 5 항에 있어서,
상기 (b) 단계는 상기 표면 개질된 탄소체와 금속수산화물 전구체를, 염기성촉매를 포함한 pH 7 이상의 용액에서 반응시켜 상기 탄소체의 표면에 금속수산화물을 코팅하는 것을 특징으로 하는 금속수산화물이 코팅된 탄소체를 포함한 방열/난연용 PDMS 복합체의 제조방법.
According to claim 5,
In the step (b), the surface-modified carbon body and the metal hydroxide precursor are reacted in a solution containing a basic catalyst having a pH of 7 or higher to coat the surface of the carbon body with the metal hydroxide. A method for producing a PDMS composite for heat dissipation/flame retardancy including a sieve.
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