KR20230051093A - 경화성 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 출원은, 경화성 조성물 및 그 용도에 대한 것이다. 본 출원의 경화성 조성물은, 구동 또는 유지 과정에서 열을 발생시키는 제품에 적용되어 상기 열을 처리할 수 있는 재료로서 사용될 수 있는 경화성 조성물을 제공할 수 있다. 본 출원의 경화성 조성물은, 열을 발생시키는 소자가 복수 집적되어 있는 제품에 적용되어, 상기 제품의 온도를 균일하게 유지하면서, 상기 소자에서 발생되는 열을 효율적으로 처리할 수 있다. 또한, 본 출원의 경화성 조성물은, 상기와 같은 제품에 적용되어 상기 복수의 소자 중에서 어느 하나의 소자에 이상 발열, 폭발 또는 발화가 발생하는 경우에도 그러한 발열, 폭발 또는 발화의 인접하는 다른 소자로의 영향을 방지 또는 최소화할 수 있다. 본 출원의 경화성 조성물은 또한 상기와 같은 기능을 장기간에 걸쳐서 안정적으로 수행할 수 있다.
Description
본 출원은, 경화성 조성물 및 그 용도에 관한 것이다.
제품에서 발생하는 열을 처리하는 기술의 중요성은 점점 더 커지고 있다. 열을 처리하는 대표적인 방법 중 하나는 열전도성이 우수한 소재를 사용하여 제품에서 발생한 열을 외부로 배출하거나, 냉각 매체 등을 사용하여 발생한 열을 소멸시키는 방법이 있다.
열을 발생시키는 소자(발열 소자)가 모여서 구성된 제품에서 열을 처리하는 것은 어려운 문제이다.
예를 들어서, 배터리 모듈이나 배터리 팩은 복수의 배터리셀들 또는 복수의 배터리 모듈들을 포함하고, 이들은 상대적으로 서로 인접하여 위치된다. 따라서, 어느 하나의 배터리셀이나 배터리 모듈에서 발생한 열은 인접하는 다른 소자에 영향을 미치고, 경우에 따라서는 연쇄 발화나 연쇄 폭발 등의 문제를 유발할 수 있다.
따라서, 이러한 제품에서는 어느 하나의 소자에서 발생한 열이나 폭발 또는 화재 등이 인접하는 다른 소자에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 필요하다.
또한, 제품에 따라서는 구동이나 유지 과정에서 전체적으로 균일한 온도가 유지되어야 할 필요가 있다. 따라서, 상기와 같이 복수의 발열 소자가 모여서 구성된 제품에서는 구동 또는 유지 과정에서 전체적인 제품의 온도를 균일하게 유지할 수 있고, 어느 하나의 발열 소자에서 발생하는 이상 발열이나, 폭발 또는 화재를 다른 소자에 가급적 전파시키지 않으면서 처리할 수 있는 기술이 요구된다.
본 출원은, 경화성 조성물 및 그 용도에 대한 것이다. 본 출원의 경화성 조성물은, 구동 또는 유지 과정에서 열을 발생시키는 제품에 적용되어 상기 열을 처리할 수 있는 재료로서 사용될 수 있는 경화성 조성물을 제공할 수 있다. 본 출원의 경화성 조성물은, 열을 발생시키는 소자가 복수 집적되어 있는 제품에 적용되어, 상기 제품의 온도를 균일하게 유지하면서, 상기 소자에서 발생되는 열을 효율적으로 처리할 수 있다. 또한, 본 출원의 경화성 조성물은, 상기와 같은 제품에 적용되어 상기 복수의 소자 중에서 어느 하나의 소자에 이상 발열, 폭발 또는 발화가 발생하는 경우에도 그러한 발열, 폭발 또는 발화의 인접하는 다른 소자로의 영향을 방지 또는 최소화할 수 있다. 본 출원의 경화성 조성물은 또한 상기와 같은 기능을 장기간에 걸쳐서 안정적으로 수행할 수 있다. 본 출원은 또한 상기와 같은 경화성 조성물에 의해 형성된 경화체 또는 상기 경화성 조성물 또는 상기 경화체의 용도를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 온도가 그 물성에 영향을 주는 물성은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상온에서 측정한 물성이다.
본 명세서에서 용어 상온은 가온 및 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서, 예를 들면, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 예를 들면, 약 15℃, 약 18℃, 약 20℃, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한 온도의 단위는 ℃이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 압력이 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상압에서 측정한 물성이다. 용어 상압은 가압 및 감압되지 않은 자연 그대로의 압력으로서 통상 약 1 기압(약 700 내지 800 mmHg 정도) 정도를 상압으로 지칭한다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 습도가 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상기 상온 및 상압 상태에서 특별히 조절되지 않은 습도에서 측정한 물성이다.
본 출원은 경화성 조성물에 대한 것이다. 용어 경화성 조성물은, 경화될 수 있는 조성물이다. 경화는 물리적 및/또는 화학적 반응에 의해서 조성물이 굳어지는 현상이다.
상기 경화성 조성물은, 에너지선 경화형, 습기 경화형, 열 경화형 또는 상온 경화형이거나, 상기 경화 방식 중 2종 이상의 방식이 적용되는 혼성 경화형일 수 있다.
에너지선 경화형은 조성물에 자외선 등의 에너지선을 조사하는 방식, 습기 경화형인 경우에는 적절한 습기 하에 조성물을 유지하는 방식, 열 경화형인 경우에는 적절한 열을 조성물에 인가하는 방식 또는 상온 경화형인 경우에는 상온에서 경화성 조성물을 유지하는 방식으로 경화성 조성물을 경화시킬 수 있으며, 혼성 경화형인 경우에 상기 기술된 방식 중에서 2종 이상의 방식이 동시에 적용되거나, 혹은 단계적으로 적용되어 경화성 조성물이 경화될 수 있다. 일 예시에서 본 출원의 경화성 조성물은 적어도 상온 경화형일 수 있다. 예를 들면, 본 출원의 경화성 조성물은, 상온에서 유지된 상태에서 별도의 에너지선의 조사 및 열의 인가 없이 경화될 수 있다.
본 출원의 경화성 조성물은, 1액형 경화성 조성물 또는 2액형 경화성 조성물일 수 있다. 1액형 경화성 조성물은, 경화에 필요한 성분들이 혼합된 상태로 보관되는 조성물이고, 2액형 경화성 조성물은 경화에 필요한 성분들이 물리적으로 분리된 상태에서 보관되는 조성물이다. 2액형 경화성 조성물은 통상 소위 주제 파트와 경화제 파트를 포함하고, 경화를 위해서는 상기 주제 및 경화제 파트가 혼합된다. 본 출원의 경화성 조성물이 2액형 경화성 조성물인 경우에, 상기 경화성 조성물은 상기 2액형 경화성 조성물의 주제 파트 또는 경화제 파트이거나, 상기 주제 및 경화제 파트의 혼합물일 수 있다.
상기 경화성 조성물은, 소정 온도 범위에서 잠열(latent heat)을 나타내는 경화체를 형성할 수 있다. 잠열은 통상 어떤 물질이 온도 변화 없이 상태 변화(Phase transition)를 일으키는 것에 필요한 열량으로 정의된다. 그렇지만, 본 출원의 상기 경화체가 상기 잠열을 나타낼 때에 반드시 전체적으로 상태 변화를 일으켜야 하는 것은 아니다. 본 출원의 경화체의 잠열은, 상기 경화체의 적어도 일부 혹은 상기 경화체가 포함하는 성분의 상태 변화에 과정에서 발생할 수 있다.
본 출원에서 경화체가 소정 온도 범위에서 잠열을 나타낸다는 것은, 후술하는 실시예에 기재된 방식으로 진행된 DSC(Differential Scanning Calorimeter) 분석에서 경화체가 소정 온도 범위에서 흡열 피크를 나타내는 것을 의미한다. 본 출원의 경화체가 상기 잠열을 나타내는 과정은 등온 과정(isothermal process)이다. 따라서, 상기 경화체는 발열하는 제품에 적용되어 상기 제품의 온도를 균일하게 유지하면서, 상기 열을 제어할 수 있으며, 하나의 제품에서 발생한 이상 발열, 폭발 및/또는 발화가 인접하는 다른 제품에 미치는 영향을 최소화 또는 방지할 수 있다.
상기 경화체가 나타내는 잠열의 하한은, 15 J/g, 20 J/g, 25 J/g, 30 J/g, 35 J/g, 40 J/g, 45 J/g, 50 J/g, 55 J/g, 60 J/g, 65 J/g, 70 J/g, 75 J/g, 80 J/g, 85 J/g 또는 90 J/g 정도일 수 있고, 그 상한은, 200 J/g, 195 J/g, 190 J/g, 185 J/g, 180 J/g, 175 J/g, 170 J/g, 165 J/g, 160 J/g, 155 J/g, 150 J/g, 145 J/g, 140 J/g, 135 J/g, 130 J/g, 125 J/g, 120 J/g, 115 J/g, 110 J/g, 105 J/g, 100 J/g, 95 J/g, 90 J/g, 85 J/g, 80 J/g, 75 J/g, 70 J/g, 65 J/g, 60 J/g, 55 J/g, 50 J/g, 45 J/g 또는 40 J/g 정도일 수도 있다. 상기 경화체가 나타내는 잠열은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 잠열을 나타내는 경화체는 다양한 용도에서 우수한 열 제어 기능을 수행할 수 있고, 특히 배터리 모듈이나 배터리 팩에서 안정적으로 열을 제어할 수 있다.
상기 경화체가 상기 잠열을 나타내는 온도 구간이 제어될 수 있다.
본 명세서에서 잠열 구간은, 상기 잠열을 나타내는 온도 구간으로서, 후술하는 실시예의 DSC(Differential Scanning Calorimeter) 분석의 흡열 피크가 확인되는 흡열 구간에서 흡열 피크의 left on-set의 변곡점에서의 온도에서 상기 흡열 피크의 right on-set의 변곡점에서의 온도까지의 범위이다. 본 명세서에서 상기 흡열 피크의 left on-set의 변곡점에서의 온도는 온셋(on-set) 온도라고 불릴 수도 있고, 상기 흡열 피크의 right on-set의 변곡점에서의 온도는 오피셋(off-set) 온도라고 불릴 수도 있다.
DSC 분석의 흡열 구간에서는 흡열 피크가 1개 또는 2개 이상 확인될 수 있는데, 복수의 흡열 피크가 관찰되는 경우에도 최초의 흡열 피크가 시작하는 지점에서의 상기 흡열 피크의 변곡점의 온도(잠열 구간 시작 온도 또는 온셋 온도)와 최후의 흡열 피크가 종료되는 지점에서 상기 흡열 피크의 변곡점의 온도(잠열 구간 종료 온도 또는 오프셋)까지의 범위가 상기 잠열 구간으로 정의된다.
위와 같은 잠열, 잠열 구간, 온셋 온도 및 오프셋 온도의 개념은 상전이 물질에 대해서도 동일하게 적용된다.
상기 잠열 구간의 온도의 하한은, 0℃, 5℃, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 27℃ 또는 30℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 80℃, 78℃, 76℃, 74℃, 72℃, 70℃, 68℃, 66℃, 64℃, 62℃, 60℃, 58℃, 56℃, 54℃, 52℃, 50℃, 48℃, 46℃, 44℃, 42℃ 또는 40℃ 정도일 수도 있다. 상기 잠열 구간은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 경화체는 상기 잠열을 나타내는 온도 구간의 넓이, 즉 잠열 구간의 넓이가 조절될 수 있다. 상기 잠열 구간의 넓이는, 상기 잠열 구간 종료 온도(상기 오프셋 온도)에서 상기 잠열 구간 시작 온도(상기 온셋 온도)를 뺀 값이다. 상기 잠열 구간의 넓이의 하한은, 9℃, 9.5℃, 10℃, 12℃, 14℃, 15℃, 16℃, 18℃ 또는 19℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 60℃, 55℃, 50℃, 45℃, 40℃, 35℃, 30℃, 25℃, 20℃ 또는 15℃ 정도일 수도 있다. 상기 경화체가 나타내는 잠열의 잠열 구간의 넓이는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
하나의 예시에서 상기 경화체가 상기 잠열을 나타내는 잠열 구간의 온셋 온도가 조절될 수 있다. 이 때 상기 온셋 온도의 정의는 전술한 바와 같다. 상기 온셋 온도가 존재하는 구간 범위의 하한은, 10℃, 12℃, 14℃, 16℃, 18℃, 20℃, 22℃, 24℃, 26℃ 또는 28℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 60℃, 58℃, 56℃, 54℃, 52℃, 50℃, 48℃, 46℃, 44℃, 42℃, 40℃, 38℃, 36℃, 34℃, 32℃, 30℃, 28℃ 또는 26℃ 정도일 있다. 상기 온셋 온도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
하나의 예시에서 상기 경화체가 상기 잠열을 나타내는 잠열 구간의 오프셋 온도가 조절될 수 있다. 이 때 상기 오프셋 온도의 정의는 전술한 바와 같다. 상기 오프셋 온도가 존재하는 구간 범위의 하한은, 30℃, 32℃, 34℃, 36℃, 38℃, 40℃, 42℃, 44℃, 46℃, 48℃ 또는 50℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 80℃, 78℃, 56℃, 74℃, 72℃, 70℃, 68℃, 66℃, 64℃, 62℃, 60℃, 58℃, 56℃, 54℃, 52℃, 50℃, 48℃, 46℃ 또는 44℃ 정도일 있다. 상기 오프셋 온도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
상기와 같은 잠열 특성을 가지는 경화체는 다양한 발열 제품에 적용되어서 해당 제품이 안정적이고, 균일한 온도 범위에서 작동할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 경화체는, 상대적으로 인접 배치되어 있는 복수의 발열하는 소자를 포함하는 제품에 적용되어서 전체적인 제품의 온도를 균일하게 유지할 수 있으며, 어느 하나의 소자에서의 이상 발열, 발화 및/또는 폭발이 다른 소자에 미치는 영향을 최소화 또는 방지할 수 있다. 특히 상기 잠열 특성을 나타내는 경화체는, 구동 온도가 대략 15℃ 내지 60℃의 범위 내에서 유지되어야 하는 제품(예를 들면, 이차 배터리셀 혹은 그를 복수 포함하는 배터리 모듈 내지 배터리 팩 등)에 적용되어서 효율적으로 열을 제어할 수 있다.
상기 본 출원의 경화체는, 상기와 같은 잠열 특성을 장기간 동안 안정적으로 유지할 수 있다. 일 예시에서 상기 경화성 조성물은, 경화체가 상기 잠열 특성을 나타내도록 하기 위해서 소위 상전이 물질(PCM: Phase Change Material)을 포함할 수 있다. 상전이 물질로는, 고체(solid)에서 액체(liquid)로 상전이되면서 흡열을 하는 물질이 사용될 수 있는데, 이러한 물질은, 잠열을 나타내도록 하면서 액상으로 전이되기 때문에, 경화체로부터 소실될 수 있다. 따라서, 이러한 경우에 상기 잠열 특성이 경시적으로 소실될 수 있다. 본 출원에서는, 경화체를 형성하는 경화성 수지 성분의 선택, 가교도의 조절, 상기 상전이 물질의 종류 및 비율의 조절 및/또는 경화성 조성물의 제조 방법의 조절을 통해서 경화체 내의 상전이 물질이 액체상으로 전이된 후에도 경화체 내에서 소실되지 않으며, 따라서 상기와 같은 잠열 특성이 장기간 안정적으로 유지될 수 있다.
예를 들면, 본 출원의 상기 경화체는 하기 식 1의 △W가 소정 범위 내로 제어될 수 있다.
[식 1]
△W=100 × (Wf - Wi)/Wi
식 1에서 △W는 경화체의 무게 변화율(단위 %)이고, Wf는 상기 경화체를 80℃에서 24 시간 동안 유지한 후 측정한 상기 경화체의 무게이고, Wi는 상기 80℃에서 24 시간 동안 유지하기 전의 상기 경화체의 무게이다. 식 1의 △W를 측정하기 위한 구체적인 방식은 실시예 항목에서 기재한다. 또한, 상기 식 1에서의 무게(Wf 및 Wi)의 단위는, 서로 동일한 단위가 적용되는 한 제한되지 않는다.
상기 무게 변화율(△W)의 상한은, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1.5%, 1% 또는 0.5% 정도일 수 있다. 상기 무게 변화율은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하일 수 있다. 상기 무게 변화율(△W)은 그 값이 작을수록 경화체 내에 상전이 물질이 안정적으로 유지되는 것을 의미하기 때문에, 그 하한은 특별히 제한되지 않는다. 상기 무게 변화율(△W)의 하한은, 예를 들면, 0% 또는 0.5% 정도일 수 있다. 상기 무게 변화율(△W)은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수도 있다.
본 출원에서는, 상기와 같은 잠열 특성 내지 무게 변화 특성을 상전이 물질로서, 소위 복합 물질(composite material)을 적용하지 않고도 달성할 수 있다. 상전이 물질은, 열을 제어할 수 있는 흡열 특성을 나타내지만, 통상적으로 열전도도가 떨어진다. 따라서, 처리해야할 열을 상기 상전이 물질까지 전달하는 것이 쉽지 않다. 이를 위해서 그래파이트(graphite)나 탄소 섬유 등과 같이 열전도도가 높은 물질과 상전이 물질을 복합화한 복합 물질이 알려져 있다. 이러한 물질은, 상전이 물질의 단점인 낮은 열전도도 문제를 어느 정도 해결할 수 있지만, 소재의 밀도 내지 비중을 증가시키기 때문에, 경량화 관점에서는 불리하다. 그러나, 본 출원에서는, 경화체를 형성하는 경화성 수지 성분의 선택, 가교도의 조절, 상기 상전이 물질의 종류 및 비율의 조절 및/또는 경화성 조성물의 제조 방법의 조절을 통해서 상기 복합화된 상전이 물질을 사용하지 않고도, 상전이 물질의 단점인 낮은 열전도도에 의한 열 제어 효율 저하 문제를 해결할 수 있고, 이에 따라서 경량화된 소재의 제공이 가능하다.
본 출원에서는, 상기와 같은 잠열 특성 내지 무게 변화 특성을 상전이 물질로서, 소위 캡슐화되지 않은 상전이 물질, 즉 비캡슐화된 상전이 물질을 사용하면서도 달성할 수 있다. 즉, 상전이 물질은, 상전이 과정에서 액체로 전이되는 경우가 많고, 액체로 전이된 상전이 물질은 경화체에서 쉽게 누출될 수 있다. 따라서, 통상 상전이 물질의 누출을 방지하기 위해서 상전이 물질을 액상이 되지 않는 소재로 캡슐화한 상전이 물질이 사용된다. 그렇지만, 이러한 경우에 상전이 물질이 상전이 물질이 아닌 소재로 캡슐화되었기 때문에, 상전이 물질의 성능을 안정적으로 확보하는 것이 쉽지 않다. 본 출원에서는 후술하는 바와 같이 경화체의 매트릭스의 제어를 통해서 상전이 물질로서, 비캡슐화된 상전이 물질을 사용하는 경우에도 상기 무게 변화 특성을 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서 상기 경화성 조성물은, 상기 상전이 물질로서, 비캡슐화된 상전이 물질을 포함할 수 있으며, 상기 경화성 조성물 또는 경화체에 존재하는 전체 상전이 물질의 중량을 기준으로 한 상기 비캡슐화된 상전이 물질의 함량의 하한은, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 85 중량%, 90 중량% 또는 95 중량% 정도일 수 있고, 그 상한은 100 중량%, 99 중량%, 98 중량%, 97 중량%, 96 중량% 또는 95 중량% 정도일 수 있다. 상기 비캡슐화된 상전이 물질의 함량은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
일 예시에서 상기 경화체는 밀도가 소정 범위 내에 있을 수 있다. 상기와 같은 밀도는 경량화된 소재의 제공 가능성을 고려하여 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 밀도의 하한은, 0.5 g/cm3, 0.55 g/cm3, 0.6 g/cm3, 0.65 g/cm3, 0.7 g/cm3, 0.75 g/cm3, 0.8 g/cm3, 0.85 g/cm3, 0.9 g/cm3, 0.95 g/cm3, 1 g/cm3, 1.05 g/cm3, 1.1 g/cm3 또는 1.15 g/cm3 정도일 수 있고, 그 상한은, 2 g/cm3, 1.8 g/cm3, 1.6 g/cm3, 1.5 g/cm3, 1.45 g/cm3, 1.4 g/cm3, 1.35 g/cm3, 1.3 g/cm3, 1.25 g/cm3, 1.2 g/cm3, 1.15 g/cm3, 1.1 g/cm3, 1.05 g/cm3, 1 g/cm3 또는 0.95 g/cm3 정도일 수도 있다. 상기 경화체의 밀도는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
본 출원의 상기 경화체의 경도가 조절될 수 있다. 경화체의 경도는 해당 경화체의 가교도에 의해서 영향을 받는다. 일반적으로 가교의 정도가 치밀하면, 경도가 상승하고, 반대로 가교의 정도가 낮을수록 경도는 낮게 측정된다. 본 출원에서는 경화체 내에 유지되는 상전이 물질의 유지 효율을 고려하여 적정한 경도가 나타내도록 경화체의 가교도를 조절할 있다. 가교도가 지나치게 낮아서 경도가 너무 낮게 되면, 상전이 물질이 경화체 내부에 적절하게 유지되지 못할 수 있고, 반대로 가교도가 지나치게 높아서 경도가 너무 높게 되면, 상전이 물질의 성능이 적절하게 발현되지 않을 수도 있다.
예를 들어, 상기 경화체의 경도의 하한은, 쇼어(shore) OO 경도로 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70 또는 80 정도이거나, 쇼어(shore) A 경도로 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 또는 50 정도일 수 있고, 그 상한은, 쇼어(shore) OO 경도로 90, 85, 80, 75, 70, 65 또는 60 정도이거나, 쇼어(shore) A 경도로 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25 또는 20 정도일 수도 있다. 상기 경화체의 경도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
경화체의 경도는 경화성 수지 성분의 분자량과 가교도 등과 관련되어 정해질 수 있는데, 본 출원에서는 상기 경화체를 형성하는 경화성 수지 성분의 분자량과 그 수지 성분의 가교도를 상기 범위 내의 경도를 나타낼 수 있도록 제어하여, 상전이 물질을 안정적으로 유지할 수 있는 네트워크를 제공할 수 있다. 또한, 상기 범위 내의 경도는 경화체가 복잡한 형상의 공간을 안정적으로 충전할 수 있도록 하고, 또한 내진동성이나, 내충격성도 향상시킬 수 있다.
본 출원의 경화성 조성물은 경화성 수지 성분을 포함할 수 있다. 용어 경화성 수지 성분의 범주에는, 그 자체가 소위 수지 성분인 경우는 물론 경화 반응 후에 수지 성분을 형성할 수 있는 성분도 포함된다. 따라서, 상기 경화성 수지 성분은, 단분자성, 올리고머성 또는 고분자성 화합물일 수 있다.
본 출원에서는 상기 경화성 수지 성분으로서, 중량평균분자량(Mw, Weight Average Molecular Weight)이 소정 범위 내인 성분을 사용할 수 있다. 경화성 수지 성분의 중량평균분자량은 가교 구조와 함께 상전이 물질의 유지에 영향을 준다. 즉, 동일하거나, 유사한 가교도 하에서도 상기 가교 구조를 연결하는 경화성 수지 성분의 중량평균분자량이 지나치게 낮으면, 역시 상전이 물질의 누출이 발생할 수 있기 때문에, 적절한 수준의 중량평균분자량을 확보하는 것이 필요할 수 있다. 예를 들면, 상기 경화성 수지 성분의 중량평균분자량의 하한은, 9,000 g/mol, 10,000 g/mol, 15,000 g/mol, 20,000 g/mol 또는 25,000 g/mol 정도일 수 있고, 그 상한은, 1,000,000 g/mol, 900,000 g/mol, 800,000 g/mol, 700,000 g/mol, 600,000 g/mol, 500,000 g/mol, 400,000 g/mol, 300,000 g/mol, 200,000 g/mol, 100,000 g/mol, 90,000 g/mol, 80,000 g/mol, 70,000 g/mol, 60,000 g/mol, 50,000 g/mol, 40,000 g/mol 또는 30,000 g/mol 정도일 수도 있다. 이러한 분자량 특성을 가지는 경화성 수지 성분은, 상전이 물질이 내부에 안정적으로 유지될 수 있는 경화체의 네트워크를 형성할 수 있다. 특히 상기 분자량 특성을 가지는 수지 성분으로서, 실리콘 수지 성분이 효과적으로 적용될 수 있다. 상기 중량평균분자량은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
경화성 수지 성분의 종류에는 특별한 제한은 없다. 일 예시에서 상기 경화성 수지 성분은, 폴리우레탄 성분, 실리콘 수지 성분, 아크릴 수지 성분 또는 에폭시 수지 성분을 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄 성분, 실리콘 수지 성분, 아크릴 수지 성분 또는 에폭시 수지 성분은, 폴리우레탄, 실리콘 수지, 아크릴 수지 또는 에폭시 수지이거나, 경화 반응을 거쳐서 상기 폴리우레탄, 실리콘 수지, 아크릴 수지 또는 에폭시 수지를 형성하는 성분일 수 있다. 적용될 수 있는 경화성 수지 성분의 구체적인 종류에는 특별한 제한은 없으며, 공지된 폴리우레탄 성분, 실리콘 수지 성분, 아크릴 수지 성분 또는 에폭시 수지 성분 중에서 전술한 바와 같은 분자량 특성 및/또는 경도 특성을 나타내는 것을 선택하여 사용할 수 있으며, 이러한 수지 성분의 가교도를 제어함으로써, 최종 경화체의 경도 등을 제어할 수도 있다.
예를 들어, 상기 경화성 수지 성분이 실리콘 수지 성분인 경우, 상기 성분은, 부가 경화성 실리콘 수지 성분로서, (1) 분자 중에 2개 이상의 알케닐기를 함유하는 폴리오르가노실록산 및 (2) 분자 중에 2개 이상의 규소결합 수소원자를 함유하는 폴리오르가노실록산을 포함할 수 있다. 상기 화합물은, 예를 들면, 백금 촉매 등의 촉매의 존재 하에서, 부가 반응에 의하여 경화물을 형성할 수 있다.
상기 (1) 폴리오르가노실록산은, 적어도 2개의 알케닐기를 포함한다. 이 때, 알케닐기의 구체적인 예에는, 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등이 포함되고, 이 중 비닐기가 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 (1) 폴리오르가노실록산에서, 전술한 알케닐기의 결합 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 알케닐기는 분자쇄의 말단 및/또는 분자쇄의 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (1) 폴리오르가노실록산에서, 전술한 알케닐 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 메틸기 또는 페닐기가 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (1) 폴리오르가노실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 통상 상기와 같은 분자 구조 중 특히 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (1) 폴리오르가노실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, R1 2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 폴리오르가노실록산 공중합체, R1 2R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 폴리오르가노실록산 공중합체, R1R2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 R2SiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 폴리오르가노실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다. 또한, 상기에서 R2는 알케닐기로서, 구체적으로는 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등일 수 있다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물에서, (2) 폴리오르가노실록산은 상기 (1) 폴리오르가노실록산을 가교시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 (2) 폴리오르가노실록산에서, 수소원자의 결합 위치는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 분자쇄의 말단 및/또는 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (2) 폴리오르가노실록산에서, 상기 규소결합 수소원자 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, (1) 폴리오르가노실록산에서 언급한 바와 같은, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 통상 메틸기 또는 페닐기가 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (2) 폴리오르가노실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 상기와 같은 분자 구조 중 통상 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (2) 폴리오르가노실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸하이드로젠폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 메틸페닐폴리실록산, R1 3SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 폴리오르가노실록산 공중합체, R1 2HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 폴리오르가노실록산 공중합체, R1HSiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 HSiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 폴리오르가노실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다.
상기 (2) 폴리오르가노실록산의 함량은, 적절한 경화가 이루어질 수 있을 정도로 포함된다면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 (2) 폴리오르가노실록산은, 전술한 (1) 폴리오르가노실록산에 포함되는 알케닐기 하나에 대하여, 규소결합 수소원자가 0.5 내지 10개가 되는 양으로 포함될 수 있다. 이러한 범위에서 경화를 충분하게 진행시키고, 내열성을 확보할 수 있다.
상기 부가경화성 실리콘 수지 성분은, 경화를 위한 촉매로서, 백금 또는 백금 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은, 백금 또는 백금 화합물의 구체적인 종류는 특별한 제한은 없다. 촉매의 비율도 적절한 경화가 이루어질 수 있는 수준으로 조절되면 된다.
다른 예시에서 상기 실리콘 수지 성분은, 축합경화성 실리콘 수지 성분으로서, 예를 들면 (a) 알콕시기 함유 실록산 폴리머; 및 (b) 수산기 함유 실록산 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
R1 aR2 bSiOc(OR3)d
화학식 1에서 R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 1가 탄화수소기를 나타내고, R3은 알킬기를 나타내며, R1, R2 및 R3가 각각 복수개 존재하는 경우에는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상, 1 미만의 수를 나타내고, a+b는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내며, c는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내고, d는 0 초과, 4 미만의 수를 나타내며, a+b+c×2+d는 4이다.
화학식 1의 정의에서, 1가 탄화수소는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 페닐기, 벤질기 또는 톨릴기 등일 수 있고, 이 때 탄소수 1 내지 8의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기 또는 옥틸기 등일 수 있다. 또한, 화학식 1의 정의에서, 1가 탄화수소기는, 예를 들면, 할로겐, 아미노기, 머캅토기, 이소시아네이트기, 글리시딜기, 글리시독시기 또는 우레이도기 등의 공지의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
화학식 1의 정의에서, R3의 알킬기의 예로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기 또는 부틸기 등을 들 수 있다. 알킬기 중에서, 메틸기 또는 에틸기 등이 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1의 폴리머 중 분지상 또는 3차 가교된 실록산 폴리머를 사용할 수 있다. 또한, 이 (a) 실록산 폴리머에는, 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서, 구체적으로는 탈알코올 반응을 저해하지 않는 범위 내에서 수산기가 잔존하고 있을 수 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 다관능의 알콕시실란 또는 다관능 클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (a) 실록산 폴리머에 따라 적절한 다관능 알콕시실란 또는 클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 한편, 상기 (a) 실록산 폴리머의 제조 시에는, 목적에 따라서, 적절한 1관능의 알콕시 실란을 병용 사용할 수도 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 신에쯔 실리콘사의 X40-9220 또는 X40-9225, GE 토레이 실리콘사의 XR31-B1410, XR31-B0270 또는 XR31-B2733 등과 같은, 시판되고 있는 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다.
상기 축합경화성 실리콘 조성물에 포함되는, (b) 수산기 함유 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 하기 화학식 2으로 나타나는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
화학식 2에서, R4 및 R5은 각각 독립적으로, 수소원자 또는 치환 또는 비치환된 1가의 탄화수소기를 나타내고, R4 및 R5가 각각 복수 존재하는 경우에는, 상기는 서로 동일하거나, 상이할 수 있으며, n은 5 내지 2,000의 정수를 나타낸다.
화학식 2의 정의에서, 1가 탄화수소기의 구체적인 종류로는, 예를 들면, 상기 화학식 1의 경우와 동일한 탄화수소기를 들 수 있다.
상기 (b) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 디알콕시실란 및/또는 디클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (b) 실록산 폴리머에 따라 적절한 디알콕시 실란 또는 디클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 상기와 같은 (b) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, GE 토레이 실리콘사의 XC96-723, YF-3800, YF-3804 등과 같은, 시판되고 있는 2관능 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다.
위에 기술한 부가 경화형 혹은 축합 경화형 실리콘 조성물은 본 출원에서 적용되는 실리콘 수지 성분의 하나의 예시이다.
다른 예시에서 경화성 수지 성분이 폴리우레탄 성분이라면, 상기 성분은, 적어도 폴리올과 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있다. 상기에서 폴리올은 적어도 2개의 히드록시기를 포함하는 화합물이고, 폴리이소시아네이트는 적어도 2개의 이소시아네이트기를 포함하는 화합물이다. 이러한 화합물들은, 각각 단분자성, 올리고머성 또는 고분자성 화합물일 수 있다.
적용될 수 있는 폴리올의 종류에는 큰 제한은 없으며, 예를 들면, 공지의 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스테르 폴리올을 적용할 수 있다. 상기에서 폴리에테르 폴리올로는 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜과 같은 알킬렌글리콜 부분의 탄소수가 1 내지 20, 1 내지 16, 1 내지 12, 1 내지 8 또는 1 내지 4인 폴리알킬렌글리콜이나, 에틸렌 옥시드/프로필렌 옥시드 공중합체계 폴리올, PTME(poly(tetramethylene glycol)), PHMG(poly(hexamethylene ether glycol)) 등이 알려져 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 폴리올로는, 이염기산과 글리콜로부터 합성되는 폴리올로서, 상기 이염기산 단위 및 글리콜 단위를 포함하는 폴리에스테르 폴리올 또는 폴리카프로락톤 폴리올(고리형 락톤의 개환 중합으로부터 얻어짐) 등이 알려져 있다. 또한, 상기와 같은 폴리올 외에도 카보네이트계 폴리올, 식물성 폴리올 피마자유, HTPB(Hydroxyl-terminated polybutadiene)나 HTPIB(Hydroxyl-terminated polyisobutylene) 등의 탄화수소 계통의 폴리올도 알려져 있다.
본 출원에서는 상기와 같은 공지의 폴리올 중에서 적절한 종류가 선택되어 사용될 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트로도 공지의 방향족 또는 지방족 폴리이소시아네이트 화합물 중에서 적정한 종류가 선택되어 사용될 수 있다.
경화성 조성물 내에서 상기 경화성 수지 성분의 함량의 하한은, 상기 경화성 조성물의 전체 중량을 기준으로 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량% 또는 80 중량% 정도일 수 있고, 그 상한은, 100 중량% 미만 95 중량%, 90 중량%, 85 중량%, 80 중량%, 75 중량%, 70 중량%, 65 중량%, 60 중량% 또는 55 중량% 정도일 수 있다. 상기 함량은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 함량은 경화성 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 것이며, 단 경화성 조성물이 필러 및/또는 용매를 포함하는 경우에 상기 필러 및 용매를 제외한 경화성 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 비율이다.
경화성 조성물은, 전술한 잠열 특성을 확보하기 위해서 소위 상전이 물질(PCM: Phase Change Material)을 포함할 수 있다. 상전이 물질은, 공지된 바와 같이 상전이(phse transition) 과정에서 흡열 또는 발열하는 물질이다. 상기 상전이 과정은, 등온 과정(isothermal process)이다.
상기 상전이 물질이 흡열 또는 발열하는 상전이는 고체에서 고체로의 상전이, 고체에서 액체로의 상전이, 고체에서 기체로의 상전이 또는 액체에서 기체로의 상전이일 수 있다. 상기 기술한 상전이 반응(고체 → 고체, 고체 → 액체, 고체 → 기체, 액체 → 기체)은 흡열 반응일 수 있다. 효율 측면에서 고체에서 액체로 상전이하는 물질이 유리하지만, 이러한 물질은, 상전이 후 액체상이 되기 때문에, 경화체 내에서 유지되기가 어렵다. 그렇지만, 본 출원의 경화체는 전술한 무게 변화율을 나타내고, 따라서 고체에서 액체로 상전이하는 물질을 적용할 수 있다. 이에 따라서 본 출원에서 적용하는 상전이 물질은, 고체상 및 액체상의 사이에서 상전이가 일어나는 물질일 수 있고, 상기 고체상에서 액체상으로의 상전이 반응은 흡열 반응인 물질일 수 있다.
본 출원에서 적용되는 상기 상전이 물질은 소정 범위의 융점(melting point)을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 융점의 하한은, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃ 또는 50℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 100℃, 95℃, 90℃, 85℃, 80℃, 75℃, 70℃, 65℃, 60℃, 55℃, 50℃, 45℃ 또는 40℃ 정도일 수도 있다. 상기 융점은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
적절한 온도 제어 특성의 확보를 위해서 본 출원의 경화성 조성물이 포함하는 전체 상전이 물질 중에서 상기 기술한 융점을 가지는 상전이 물질의 함량의 하한은, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 85 중량%, 90 중량% 또는 95 중량% 정도일 수 있고, 그 상한은 100 중량%, 99 중량%, 98 중량%, 97 중량%, 96 중량% 또는 95 중량% 정도일 수 있다. 상기 함량은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
다른 예시에서 상기 경화성 조성물은, 상기 상전이 물질로서, 상기 범위의 융점을 가지는 상전이 물질만을 포함할 수도 있다.
상전이 물질로는, 소정 온도 구간에서 소정 범위의 잠열을 나타내는 것을 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기 상전이 물질이 나타내는 잠열의 하한은, 100 J/g, 110 J/g, 120 J/g, 130 J/g, 140 J/g, 150 J/g, 160 J/g, 170 J/g 또는 180 J/g 정도일 수 있고, 그 상한은, 400 J/g, 380 J/g, 360 J/g, 340 J/g, 320 J/g, 300 J/g, 280 J/g, 260 J/g, 240 J/g, 220 J/g, 200 J/g, 180 J/g 또는 160 J/g 정도일 수 있다. 상기 잠열은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상전이 물질이 상기 잠열을 나타내는 온도 구간(온도 구간)의 하한은, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃ 또는 50℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 100℃, 95℃, 90℃, 85℃, 80℃, 75℃, 70℃, 65℃, 60℃, 55℃, 50℃, 45℃ 또는 40℃ 정도일 수 있다. 상기 잠열을 나타내는 온도 구간은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
적절한 온도 제어 특성의 확보를 위해서 본 출원의 경화성 조성물이 포함하는 전체 상전이 물질 중에서 상기 기술한 잠열 특성을 가지는 상전이 물질의 함량의 하한은, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 85 중량%, 90 중량% 또는 95 중량% 정도일 수 있고, 그 상한은 100 중량%, 99 중량%, 98 중량%, 97 중량%, 96 중량% 또는 95 중량% 정도일 수 있다. 상기 함량은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
다른 예시에서 상기 경화성 조성물은, 상기 상전이 물질로서, 상기 기술한 잠열 특성을 가지는 상전이 물질만을 포함할 수도 있다.
위와 같은 상전이 물질의 적용을 통해서 목적하는 경화체를 형성할 수 있다.
상전이 물질로는, 전술한 특성을 나타내는 것이라면 공지의 물질이 적용될 수 있다. 상전이 물질로는 무기계 물질, 유기계 물질 또는 공융 혼합물(eutectic)계 물질이 알려져 있다. 이러한 물질 중에서 전술한 잠열 특성을 가지는 물질로서, 유기계 상전이 물질이 사용될 수 있다.
유기계 상전이 물질로는, 지방산(Fatty acid), 알코올(polyalcohol), 케톤(ketone), D-락트산(D-lactic acid) 또는 파라핀(paraffin)계 물질이 알려져 있고, 본 출원에서는 상기 물질 중 1종 또는 2종 이상의 혼합이 사용될 수 있다.
상기 지방산(Fattic acid)으로는, 포름산(formic acid), n-옥타노산(n-octanoic acid), 라우르산(lauric acid) 또는 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(stearic acid) 등이 예시될 수 있고, 알코올계 상전이 물질로는, 글리세린(glycerin), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 크실리톨(xylitol) 또는 에리트리톨(erythritol) 등이 예시될 수 있으며, 케톤계 상전이 물질로는, 2-펜타데카논(2-pentadecanone) 또는 4-헵타데카논(4-heptadekanone) 등이 예시될 수 있다.
상전이 물질로서, 파라핀계 물질을 사용할 수 있다. 파라핀계 상전이 물질로는, n-헵타데칸(n-heptadecane), n-옥타데칸(n-octadecane), n-노나데칸(n-Nonadecane), n-아이코산(n-Eicosane), n-헤니코산(n-henicosane), n-도코산(n-docosane), n-트리코산(n-tricosane), n-펜타코산(n-pentacosane), n-헥사코산(n-hexacosane), n-헵타코산(n-heptacosane), n-옥타코산(n-octacosane), n-노나코산(n-nonacosane), n-트리아콘탄(n-triacontane), n-헨트리아콘탄(n-hentriacontane), n-도크리아콘탄(n-dotriacontane), n-트리아트리아콘탄(n-triatriacontane) 또는 기타 고차 파라핀(Paraffin C16~C18, Paraffin C13~C24, RT 35 HC, Paraffin C16~C28, Paraffin C20~C33, Paraffin C22~C45, Paraffin C22~C50, Paraffin natural wax 811, Paraffin natural wax 106 등) 등이 알려져 있다.
본 출원에서는 상기 공지된 파라핀계 물질 중에서 적정 종류가 선택되어 사용될 수 있다.
적절한 효과의 달성을 위해서 본 출원에서는 상기 상전이 물질로서, 전술한 범위의 융점을 가지고, 탄소수가 5 이상인 파라핀을 사용할 수 있다. 상기 파라핀의 탄소수는 다른 예시에서 5 내지 40 또는 10 내지 30의 범위 내일 수 있다. 이러한 파라핀은 상기 탄소수를 가지는 알칸(alkane)일 수 있다.
일 예시에서는 상기 파라핀계 물질로서, n-노나데칸(n-nonadecane), n-도코산(n-docosane), n-아이코산(n-eicosane), n-헤네이코산(n-heneicosane), n-트리코산(n-tricosane), n-테트라코산(n-tetracosane), n-펜타코산(n-pentacosane), n-헥사코산(n-hexacosane), n-헵타코산(n-heptacosane), 라우르산(lauric acid) 및 미리스트산(myristic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
적절한 특성의 구현을 위해서 본 출원에서는 상전이 물질로서, 상기 기술한 종류 중에서 2종 이상이 적용될 수 있다.
하나의 예시에서 경화성 조성물은 상전이 물질로서, 서로 다른 종류인 제 1 및 제 2 상전이 물질을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 경화성 조성물은, 상전이 물질로서, 상전이 물질로서, 융점이 40℃ 초과인 제 1 상전이 물질과 융점이 40℃ 이하인 제 2 상전이 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 1 상전이 물질의 융점의 하한은 40℃, 41℃, 42℃, 43℃ 또는 44℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 100℃, 95℃, 90℃, 85℃, 80℃, 75℃, 70℃, 65℃, 60℃, 55℃, 50℃ 또는 45℃ 정도일 수도 있다. 상기 제 1 상전이 물질의 융점은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 제 2 상전이 물질의 융점의 상한은, 40℃, 39℃, 38℃ 또는 약 37.5℃ 정도일 수 있고, 그 하한은, 25℃, 30℃ 또는 35℃ 정도일 수 있다. 상기 제 2 상전이 물질의 융점은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 제 1 상전이 물질과 제 2 상전이 물질의 융점의 차이의 하한은, 1℃, 2℃, 3℃, 4℃, 5℃, 6℃, 7℃ 또는 8℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 20℃, 19℃, 18℃, 17℃, 16℃, 15℃, 14℃, 13℃, 12℃, 11℃, 10℃, 9℃ 또는 8℃ 정도일 수 있다. 상기 융점의 차이는 제 1 상전이 물질의 융점에서 제 2 상전이 물질의 융점을 뺀 값이다. 상기 융점의 차이는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 상전이 물질은, 각각 소정 범위 내의 잠열을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 상전이 물질 각각의 잠열의 하한은, 100 J/g, 110 J/g, 120 J/g, 130 J/g, 140 J/g, 150 J/g, 160 J/g, 170 J/g 또는 180 J/g 정도일 수 있고, 그 상한은, 400 J/g, 380 J/g, 360 J/g, 340 J/g, 320 J/g, 300 J/g, 280 J/g, 260 J/g, 240 J/g, 220 J/g, 200 J/g, 180 J/g 또는 160 J/g 정도일 수도 있다. 상기 잠열은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 상전이 물질은, 상기 제 1 상전이 물질의 잠열과 제 2 상전이 물질의 잠열이 서로 다르고, 그 차이의 절대값이 소정 범위가 되도록 선택될 수 있다. 상기 잠열의 차이는, 제 1 및 제 2 상전이 물질 중 잠열이 더 큰 물질의 잠열을 A라고 하고, 잠열이 다 작은 물질의 잠열이 B가로 할 때에, 하기 식 2로 계산되는 값이다.
[식 2]
잠열의 차이 = 100 × (A - B)/B
상기 잠열의 차이의 절대값의 상한은, 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20% 또는 15% 정도일 수 있고, 그 하한은, 0%, 5% 또는 10% 정도일 수도 있다. 상기 잠열의 차이의 절대값은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
이와 같은 특성이 만족되도록 상전이 물질을 선택하는 것에 의해서 목적하는 경화체를 보다 효과적으로 형성할 수 있다.
적절한 특성의 확보를 위해서 상기 제 1 및 제 2 상전이 물질로는 상기 제 1 상전이 물질이 상기 제 2 상전이 물질 대비 높은 온셋 온도를 가지도록 선택될 수 있다.
이 경우, 상기 온셋 온도의 차이의 절대값의 하한은, 1℃, 2℃, 3℃, 4℃, 5℃, 6℃, 7℃, 8℃ 또는 9℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 20℃, 19℃, 18℃, 17℃, 16℃, 15℃, 14℃, 13℃, 12℃, 11℃ 또는 10℃ 정도일 수 있다. 상기 온셋 온도의 차이의 절대값은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기에서 제 1 상전이 물질의 온셋 온도의 하한은, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃ 또는 40℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 80℃, 75℃, 70℃, 65℃, 60℃, 55℃, 50℃ 또는 45℃ 정도일 수 있다. 상기 온셋 온도는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기에서 상기 제 1 상전이 물질의 잠열 구간(오프셋 온도와 온셋 온도의 차이)이 제 2 상전이 물질의 잠열 구간(오프셋 온도와 온셋 온도의 차이) 대비 좁을 수 있다.
상기와 같은 경우에 상기 제 1 상전이 물질의 잠열 구간과 제 2 상전이 물질의 잠열 구간의 차이의 절대값의 하한은, 0.4℃, 0.6℃, 0.8℃, 1℃, 1.1℃, 1.2℃, 1.3℃, 1.4℃, 1.5℃, 1.6℃ 또는 1.7℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 10℃, 9℃, 8℃, 7℃, 6℃, 5℃, 4℃, 3℃ 또는 2℃ 정도일 수 있다. 상기 절대값은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기와 같은 경우에 상기 제 1 상전이 물질의 잠열 구간의 하한은, 0.5℃, 1℃, 1.5℃, 2℃, 2.5℃, 3℃, 3.5℃, 4℃, 4.5℃, 5℃ 또는 5.5℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 20℃, 18℃, 16℃, 14℃, 12℃, 10℃, 8℃ 또는 6℃ 정도일 수 있다. 상기 제 1 상전이 물질의 잠열 구간은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기에서 상기 제 1 상전이 물질이 제 2 상전이 물질 대비 높은 잠열을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 상전이 물질의 잠열의 하한은, 100 J/g, 110 J/g, 120 J/g, 130 J/g, 140 J/g, 150 J/g, 160 J/g, 170 J/g 또는 180 J/g 정도일 수 있고, 그 상한은, 400 J/g, 380 J/g, 360 J/g, 340 J/g, 320 J/g, 300 J/g, 280 J/g, 260 J/g, 240 J/g, 220 J/g, 200 J/g, 180 J/g 또는 160 J/g 정도일 수도 있다. 상기 잠열은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기와 같은 상태에서 상기 제 1 및 제 2 상전이 물질은, 상기 기술한 차이(상기 식 2)의 절대값을 가질 수 있다.
즉, 상기 제 1 및 제 2 상전이 물질의 잠열의 차이의 절대값의 상한은, 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20% 또는 15% 정도일 수 있고, 그 하한은, 0%, 5% 또는 10% 정도일 수도 있다. 상기 잠열의 차이의 절대값은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상기와 같이 제 1 및 제 2 상전이 물질의 선택하는 것에 의해서 목적하는 온도 구간에서 안정적인 온도 제어 성능을 확보할 수 있다. 예를 들어, 제품의 이상 발열 내지 발화에 의해 온도가 점진적 혹은 급하게 상승하는 경우에 제 1 및 제 2 상전이 물질 중에서 낮은 온셋 온도를 가지는 물질과 다른 물질이 순차적으로 작용하고, 그들 각각의 상기 잠열 특성에 의해서 목적하는 효과를 발휘할 수 있다.
적절한 온도 제어 특성의 확보를 위해서 본 출원의 경화성 조성물이 포함하는 전체 상전이 물질 중에서 상기 제 1 및 제 2 상전이 물질의 합계의 함량의 하한은, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 85 중량%, 90 중량% 또는 95 중량% 정도일 수 있고, 그 상한은 100 중량%, 99 중량%, 98 중량%, 97 중량%, 96 중량% 또는 95 중량% 정도일 수 있다. 상기 함량은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상전이 물질의 상기 경화성 조성물 내에서의 함량으로서 상기 경화성 수지 성분 100 중량부 대비 상기 상전이 물질의 함량의 하한은, 20 중량부, 21 중량부, 22 중량부, 23 중량부, 24 중량부, 25 중량부, 26 중량부, 27 중량부, 28 중량부, 29 중량부 또는 30 중량부 정도일 수 있고, 그 상한은, 75 중량부, 74 중량부, 73 중량부, 72 중량부, 71 중량부, 70 중량부, 69 중량부, 68 중량부, 67 중량부, 66 중량부, 65 중량부, 64 중량부, 63 중량부, 62 중량부, 61 중량부, 60 중량부, 59 중량부, 58 중량부, 57 중량부, 56 중량부, 55 중량부, 54 중량부, 53 중량부, 52 중량부, 51 중량부, 50 중량부, 49 중량부, 48 중량부, 47 중량부, 46 중량부, 45 중량부, 44 중량부, 43 중량부, 42 중량부, 41 중량부, 40 중량부, 39 중량부, 38 중량부, 37 중량부, 36 중량부, 35 중량부, 34 중량부, 33 중량부 또는 32 중량부 정도일 수도 있다. 상기 함량은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
상전이 물질로서, 상기 제 1 및 제 2 상전이 물질이 적용된다면, 상기 제 2 상전이 물질의 제 1 상전이 물질 100 중량부 대비 함량의 하한은, 6 중량부, 7 중량부, 8 중량부, 9 중량부, 10 중량부, 11 중량부, 12 중량부, 13 중량부, 14 중량부, 15 중량부, 16 중량부, 17 중량부, 18 중량부, 19 중량부, 20 중량부, 21 중량부, 22 중량부, 23 중량부, 24 중량부, 25 중량부, 26 중량부, 27 중량부, 28 중량부, 29 중량부, 30 중량부, 31 중량부, 32 중량부, 33 중량부 또는 34 중량부 정도일 수 있고, 그 상한은 95 중량부, 90 중량부, 85 중량부, 80 중량부, 75 중량부, 70 중량부, 65 중량부, 60 중량부, 55 중량부, 50 중량부, 45 중량부, 40 중량부, 35 중량부, 30 중량부, 25 중량부, 20 중량부 또는 15 중량부 정도일 수도 있다. 상기 함량은 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
경화성 조성물은, 임의적인 추가 성분으로서 필러, 예를 들면, 열전도성 필러를 포함할 수 있다. 이러한 필러는 상전이 물질의 낮은 열전도도를 보완하여 줄 수 잇다.
열전도성 필러는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 보헤마이트(AlOOH), 하이드로마그네사이트, 마그네시아, 알루미나, 질화 알루미늄(AlN, aluminum nitride), 질화 붕소(BN, boron nitride), 질화 규소(Si3N4, silicon nitride), 탄화규소(SiC), 산화 아연(ZnO) 또는 산화 베릴륨(BeO) 등과 같은 무기 필러가 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 필러 중에서 1종 또는 2종 이상이 선택될 수 있다. 저밀도의 경화체를 형성하고자 하는 경우에는 상기 필러 성분 중에서 비중이 작은 필러(예를 들면, 수산화 알루미늄 등)가 선택될 수 있다.
상기에서 필러의 형태는 특별한 제한은 없고, 예를 들면, 구형, 침상, 판상 기타 무정형 필러가 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 필러로는 평균 입경이 10 μm 내지 200 μm의 범위 내에 있는 필러를 사용할 수 있다. 상기 평균 입경은 후술하는 실시예에 기재된 방식으로 측정한 D50 입경이다. 이러한 입경의 필러의 적용을 통해서 목적하는 효과를 더 효율적으로 확보할 수 있다.
상기 필러의 입경은 다른 예시에서 15 μm 이상, 20 μm 이상, 25 μm 이상, 30 μm 이상, 35 μm 이상 또는 40 μm 이상이거나, 180 μm 이하, 160 μm 이하, 140 μm 이하, 120 μm 이하, 100 μm 이하, 80 μm 이하, 60 μm 이하 또는 50 μm 이하 정도일 수도 있다.
경화성 조성물 내에서 상기 열전도성 필러의 함량은 목적에 따라서 조절된다. 예를 들면, 경화성 조성물에서 상기 열전도성 필러는, 상기 경화성 수지 성분 100 중량부 대비 약 200 중량부 이하로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 195 중량부 이하, 190 중량부 이하, 185 중량부 이하, 180 중량부 이하, 175 중량부 이하, 170 중량부 이하, 165 중량부 이하, 160 중량부 이하, 155 중량부 이하, 150 중량부 이하, 145 중량부 이하, 140 중량부 이하, 135 중량부 이하, 130 중량부 이하, 125 중량부 이하, 120 중량부 이하, 115 중량부 이하, 110 중량부 이하, 105 중량부 이하, 100 중량부 이하, 95 중량부 이하, 90 중량부 이하, 85 중량부 이하, 80 중량부 이하, 75 중량부 이하, 70 중량부 이하, 65 중량부 이하, 60 중량부 이하, 55 중량부 이하, 50 중량부 이하, 45 중량부 이하 또는 40 중량부 이하이거나, 10 중량부 이상, 15 중량부 이상, 20 중량부 이상, 25 중량부 이상, 30 중량부 이상, 35 중량부 이상, 40 중량부 이상, 45 중량부 이상, 50 중량부 이상, 55 중량부 이상, 60 중량부 이상, 65 중량부 이상, 70 중량부 이상 또는 75 중량부 이상 정도일 수도 있다.
상기 경화성 조성물은, 또한 임의적인 추가 성분으로서, 경량화 관점에서 중공 필러(hollow filler)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 중공 필러의 적용을 통해서 경량화에 기여할 수 있다.
예를 들면, 상기 필러는, D50 입경(평균 입경)이 10μm 내지 100 μm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 D50 입경은 다른 예시에서 12 μm 이상, 14 μm 이상, 16 μm 이상, 18 μm 이상, 20 μm 이상, 22 μm 이상, 24 μm 이상, 26 μm 이상, 28 μm 이상, 30 μm 이상, 32 μm 이상, 34 μm 이상, 36 μm 이상, 38 μm 이상, 40 μm 이상, 42 μm 이상, 44 μm 이상, 46 μm 이상, 48 μm 이상, 50 μm 이상, 52 μm 이상, 54 μm 이상, 56 μm 이상 또는 58 μm 이상이거나, 98 μm 이하, 96 μm 이하, 94 μm 이하, 92 μm 이하, 90 μm 이하, 88 μm 이하, 86 μm 이하, 84 μm 이하, 82 μm 이하, 80 μm 이하, 78 μm 이하, 76 μm 이하, 74 μm 이하, 72 μm 이하, 70 μm 이하, 68 μm 이하, 66 μm 이하, 64 μm 이하, 62 μm 이하 또는 60 μm 이하 정도일 수 있다.
상기 중공 필러는 밀도가 약 0.05 내지 1 g/ml의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 밀도는 다른 예시에서, 0.01 g/ml 이상, 0.15 g/ml 이상, 0.2 g/ml 이상, 0.25 g/ml 이상, 0.3 g/ml 이상, 0.35 g/ml 이상, 0.4 g/ml 이상, 0.45 g/ml 이상, 0.5 g/ml 이상, 0.55 g/ml 이상 또는 0.6 g/ml 이상이거나, 0.95 g/ml 이하, 0.9 g/ml 이하, 0.85 g/ml 이하, 0.8 g/ml 이하, 0.75 g/ml 이하, 0.7 g/ml 이하, 0.65 g/ml 이하, 0.6 g/ml 이하, 0.55 g/ml 이하, 0.5 g/ml 이하, 0.45 g/ml 이하, 0.4 g/ml 이하, 0.35 g/ml 이하, 0.3 g/ml 이하, 0.25 g/ml 이하, 0.2 g/ml 이하 또는 0.15 g/ml 이하 정도일 수도 있다.
중공 필러로는 상기 입경 및/또는 밀도를 가지고, 상기 경화성 폴리오가노실록산 성분과 균일하게 혼합될 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 다양한 종류를 적용할 수 있다.
예를 들면, 중공 필러로는 공지의 유기 필러, 무기 필러 또는 유무기 혼합 필러를 사용할 수 있다. 중공 필러가 적용되는 경우에도 셀(shell) 부위가 유기물로 되어 있는 유기 입자, 무기물로 되어 있는 무기 입자 및/또는 유무기 물질로 되어 있는 유무기 입자 등을 사용할 수 있다. 이러한 입자로는 PMMA(poly(methyl methacrylate)) 등의 아크릴 입자, 에폭시 입자, 나일론 입자, 스티렌 입자 및/또는 스티렌/비닐 단량체의 공중합체 입자 등이나, 실리카 입자, 알루미나 입자, 산화 인듐 입자, 산화 주석 입자, 산화 지르코늄 입자, 산화 아연 입자 및/또는 티타니아 입자 등의 무기 입자 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 예시에서 상기 중공 필러로는, 셀(shell) 부위가 소다 라임(soda-lime) 재료로 되는 입자(소다 라임 필러), 셀 부위가 소다 라임 보로실리케이트(soda-lime borosilicate) 재료로 되는 입자(소다라임 보로실리케이트 필러), 세노스피어(cenosphere) 필러 또는 기타 실리카 입자를 적용할 수 있다.
상기 중공 필러가 포함되는 경우에 그 비율에는 특별한 제한이 없고, 경화체의 물성을 해치지 않고, 목적하는 경량화가 가능한 범위에서 적정 비율로 선택될 수 있다.
경화성 조성물은 상기 성분에 추가로 필요한 다른 성분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 경화성 조성물은 상기 성분 외에 필요한 경우에 추가 첨가제, 예를 들면, 촉매, 안료나 염료, 분산제, 요변성 부여제, 난연제 등을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 경화성 조성물은, 용제형 조성물, 수계 조성물 또는 무용제형 조성물일 수 있고, 적절하게는 무용제형 조성물일 수 있다.
경화성 조성물은, 전술한 바와 같이 1액형 조성물이거나, 2액형 조성물일 수 있으며, 경우에 따라서는 2액형 조성물의 주제 또는 경화제 파트거나, 혹은 상기 주제 및 경화제 파트의 혼합물일 수 있다.
또한, 경화성 조성물이 2액형 조성물인 경우에 경화성 수지 성분 외에 다른 성분의 주제 및 경화제 파트 내에서의 비율에는 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 상기 상전이 물질 및/또는 필러는, 주제 또는 경화제 파트에 모두 포함되거나, 주제 및 경화제 파트에 나누어져서 포함될 수도 있다.
본 출원의 경화성 조성물은, 다양한 용도에 적합하게 사용되며, 특히 발열 제품에 적용되어서 상기 제품의 열을 제어하는 소재로 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 전술한 잠열 특성, 무게 변화율, 밀도 및/또는 경도 특성을 만족시키기 위해서, 상기 경화성 조성물의 제조 방법이 선택될 수 있다.
예를 들면, 상기 경화성 조성물은, 상기 상전이 물질이 용융되어 있는 상태에서 상기 상전이 물질과 경화성 수지 성분을 혼합하여 제조할 수 있다. 이러한 단계를 통해서 목적하는 경화성 조성물을 보다 효과적으로 제공할 수 있다.
따라서, 상기 경화성 조성물의 제조 방법은, 용융된 상기 상전이 물질과 상기 경화성 수지 성분을 혼합하는 단계를 포함할 수 있고, 구체적으로는 상기 상전이 물질을 용융시키는 단계와 용융된 상기 상전이 물질과 상기 경화성 수지 성분을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기에서 상전이 물질을 용융시키는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 상기 상전이 물질의 융점 이상의 온도에서 상기 상전이 물질을 유지하여 용융시킬 수 있다.
일 예시에서 상기 상전이 물질의 유지 온도는 상기 상전이 물질의 융점 대비 10℃ 내지 100℃ 이상 높은 온도일 수 있다. 상기 온도는 다른 예시에서 상기 상전이 물질의 융점 대비 15℃ 이상, 20℃ 이상, 25℃ 이상 또는 30℃ 이상 높은 온도이거나, 및/또는 상기 상전이 물질의 융점 대비 95℃ 이하, 90℃ 이하, 85℃ 이하, 80℃ 이하, 75℃ 이하, 70℃ 이하, 65℃ 이하, 60℃ 이하, 55℃ 이하, 50℃ 이하, 45℃ 이하, 40℃ 이하, 35℃ 이하 또는 30℃ 이하로 낮은 온도일 수 있다.
이러한 온도 범위에서 용융시킨 상전이 물질과 경화성 수지 성분을 혼합하여 경화성 조성물을 제조하는 것에 의해서 목적하는 특성의 경화성 경화성 조성물을 효율적으로 제조할 수 있다. 상기 용융된 상전이 물질과 경화성 수지 성분의 혼합 시의 온도는 상기 상전이 물질을 용융시킨 온도와 동일한 범위 내의 온도이거나, 혹은 그 보다 낮은 온도일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 혼합은, 상기 상전이 물질의 융점 대비 10℃ 내지 100℃ 이상 높은 온도에서 수행할 수 있다. 상기 온도는 다른 예시에서 상기 상전이 물질의 융점 대비 15℃ 이상, 20℃ 이상, 25℃ 이상 또는 30℃ 이상 높은 온도이거나, 상기 상전이 물질의 융점 대비 95℃ 이하, 90℃ 이하, 85℃ 이하, 80℃ 이하, 75℃ 이하, 70℃ 이하, 65℃ 이하, 60℃ 이하, 55℃ 이하, 50℃ 이하, 45℃ 이하, 40℃ 이하, 35℃ 이하 또는 30℃ 이하로 낮은 온도일 수 있다.
본 출원은 또한 상기 기술한 경화성 조성물의 경화체에 대한 것이다. 상기 경화성 조성물을 경화시켜서 경화체를 얻는 방법에는 제한이 없으며, 상기 경화성 조성물의 유형에 따라서 적절한 경화 방식이 적용되면 된다. 예를 들어, 에너지선 경화형인 경우, 조성물에 자외선 등의 에너지선을 조사하는 방식, 습기 경화형인 경우, 적절한 습기 하에 조성물을 유지하는 방식, 열 경화형인 경우, 적절한 열을 조성물에 인가하는 방식, 상온 경화형인 경우, 상온에서 조성물을 유지하는 방식, 혼성 경화형인 경우에 2종 이상의 경화 방식을 적용하는 방식 등을 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이 적절한 예시에서 상기 경화성 조성물은 상온 경화형일 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 조성물 또는 그 경화체를 포함하는 제품에 대한 것이다. 본 출원의 경화성 조성물 또는 그 경화체는 발열 부품, 발열 소자 또는 발열 제품의 열을 제어하는 소재로서 유용하게 적용될 수 있다. 따라서, 상기 제품은 발열 부품 또는 발열 소자 또는 발열 제품을 포함할 수 있다. 용어 발열 부품, 소자 또는 제품은 사용 과정에서 열을 방생시키는 부품, 소자 또는 제품을 의미하고, 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 대표적인 발열 부품, 소자 또는 제품으로는 배터리셀, 배터리 모듈 또는 배터리 팩 등을 포함하는 다양한 전기/전자 제품이 있다.
본 출원의 제품은, 예를 들면, 상기 발열 부품, 소자 또는 제품과 상기 발열 부품 등과 인접하여 존재하는 상기 경화성 조성물(또는 상기 2액형 조성물)이나 그 경화체를 포함할 수 있다. 이러한 경우에 전술한 바와 같이 상기 발열 부품, 소자 또는 제품은, 적정 구동 온도가 대략 15℃ 내지 60℃의 범위 내인 부품, 소자 또는 제품일 수 있다. 즉, 본 출원의 경화성 조성물은 발열 부품, 소자 또는 제품과 인접 배치되어서 제품의 구동 온도를 상기 범위 내에서 균일하게 유지되도록 하는 것에 유용하다.
본 출원의 제품을 구성하는 구체적인 방법은 특별히 제한되지 않으며, 본 출원의 경화성 조성물 또는 2액형 조성물 또는 그 경화체가 방열 소재로 적용된다면, 공지된 다양한 방식으로 상기 제품을 구성할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 경화성 조성물은 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 구성 시에 포팅재(potting material)로 사용될 수 있다. 포팅재는, 배터리 모듈이나 배터리 팩 내의 복수의 단위 배터리셀의 적어도 일부 또는 전부와 접촉하면서 이를 덮고 있는 소재일 수 있다. 본 출원의 상기 경화성 조성물 또는 그 경화체는, 상기 포팅재로 적용되었을 때에 배터리 모듈이나 팩의 배터리셀에서 발생하는 열을 제어할 수 있고, 연쇄 발화 또는 폭발 등을 방지할 수 있으며, 상기 모듈, 팩 또는 배터리셀의 구동 온도를 균일하게 유지할 수 있다. 본 출원에서는 또한 경화 전에는 점도나 요변성이 적정 수준으로 제어되어서 포팅 효율이 우수하고, 경화 후에 불필요한 기포의 발생 없이 안정적인 포팅 구조를 형성하는 경화성 조성물을 제공할 수 있다. 본 출원에서는 경화 후에 저밀도를 나타내어서 부피 대비 경량이면서도 고출력의 배터리 모듈이나 팩을 제공할 수 있는 경화성 조성물을 제공할 수 있다. 본 출원에서는 또한 절연성 등을 포함한 요구 물성도 우수한 경화성 조성물을 제공할 수 있다.
이러한 경우, 배터리 관련 기술로서, 상기 경화성 조성물은, 배터리 모듈 또는 배터리 팩 등의 방열 소재나 차량용 OBC(On Board Charger)의 방열 소재로서 적용될 수 있다. 따라서, 본 출원은 또한, 상기 경화성 조성물 또는 그 경화체를 방열 소재로 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩 또는 온보드충전기(OBC)에 대한 것일 수 있다. 상기 배터리 모듈, 배터리 팩 또는 온보드 충전기에서 상기 경화성 조성물 또는 경화체의 적용 위치나 적용 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지의 방식이 적용될 수 있다. 또한, 본 출원의 경화성 조성물은 상기 용도에 제한되지 않고, 우수한 방열 특성, 보관 안정성 및 접착력이 요구되는 다양한 용도에 효과적으로 적용될 수 있다.
본 출원에 관한 다른 일례에서, 본 출원은 상기 경화성 조성물의 경화체를 갖는 전자 장비 또는 장치에 관한 것일 수 있다.
전자 장비 또는 장치의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 차량용 AVN(audio video navigation)이나 전기자동차용 OBC(On Board Charger) 모듈, LED 모듈 또는 IC 칩과 이를 포함하는 컴퓨터나 모바일 기기를 예로 들 수 있다.
상기 경화성 조성물의 경화체는 상기 장비 또는 장치 내에서 열을 발산하고, 충격에 대한 내구성, 및 절연성 등을 부여할 수 있다.
상기 경화성 조성물은, 일 예시에서 배터리 포팅재로 사용될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 포팅재를 적용한 배터리 모듈에 대한 것이다. 이러한 배터리 모듈은 동일 부피 대비 경량이면서 고출력을 나타낼 수 있으며, 배터리셀 등에서 발생한 열이 적절하게 제어되고, 연쇄 발화 등의 문제점도 발생하지 않는다.
상기 배터리 모듈은, 일 예시에서 기판; 상기 기판상에 배치된 복수의 배터리셀; 및 상기 복수의 배터리셀의 적어도 일부 또는 전체를 덮고 있는 상기 경화성 조성물 또는 그 경화물을 포함할 수 있다.
상기 구조에서 상기 경화성 조성물 또는 그 경화물(포팅재)은, 일 예시에서 상기 복수의 배터리셀의 전면(기판측과 접촉하는 배터리셀의 표면은 제외)과 접촉하면서 상기 배터리셀들을 덮고 있거나(도 1의 구조), 혹은 복수의 배터리셀들의 상부와만 접촉하고 있을 수도 있다(도 2의 구조).
도 1 및 2는 상기와 같은 배터리 모듈의 구조의 모식도이며, 기판(10); 배터리셀(20) 및 상기 포팅재(30, 상기 경화성 조성물 또는 그 경화물)를 포함하는 구조를 나타내는 도면이다. 배터리 모듈은 상기 배터리셀(20)을 상기 기판(10)에 고정하는 접착소재(40)를 추가로 포함할 수 있으며, 일 예시에서 상기 접착 소재(40)는 열전도성을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 경화성 조성물 또는 그 경화물이 포팅재로 적용되는 한, 배터리 모듈의 구체적인 구성, 예를 들면, 상기 배터리셀, 기판 및/또는 접착 소재의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 공지의 소재가 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 배터리셀로는 공지의 파우치형, 각형 또는 원통형 배터리셀이 적용될 수 있으며, 기판이나 접착 소재로도 공지의 소재가 적용될 수 있다.
상기 배터리 모듈의 제조 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 기판상에 형성된 복수의 배터리셀의 상부로 상기 경화성 조성물을 붓고, 필요한 경우에 경화시키는 단계를 거쳐 형성할 수 있다.
본 출원의 경화성 조성물은, 적절한 점도 및 요변성을 가지기 때문에, 매우 인접하게 배치된 배터리셀의 사이를 효율적으로 충진할 수 있으며, 포팅재를 형성한 후에 목적하는 단열성과 차열성 등을 나타낼 수 있다.
예를 들면, 상기 배터리 모듈이나 배터리 팩과 같은 제품은 상기 경화성 조성물을 적정한 온도에서 유지하여 용융시키는 단계와 상기 단계에서 용융된 경화성 조성물을 발열 부품에 적용하는 단계를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다.
상기에서 경화성 조성물을 용융시키는 단계에서의 온도는, 구체적인 적용 태양에 따라서 정해질 수 있다. 예를 들어, 상기 발열 제품이 전술한 배터리셀, 배터리 모듈 또는 배터리 팩인 경우에 상기 용융시키는 단계에서의 온도의 하한은, 40℃ 또는 50℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 80℃ 또는 70℃ 정도일 수 있다. 상기 온도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 그 이상이면서, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 온도가 지나치게 낮으면, 경화성 조성물의 유동성이 떨어지거나, 용융 후에 경화성 조성물의 경화 속도가 지나치게 빨라져서 적용이 쉽지 않을 수 있고, 지나치게 높으면, 발열 제품에 손상이 발생하거나, 경화성 조성물 내에서 밀도가 상대적으로 낮은 상전이 물질이 표면으로 이행하여 불균일한 경화체가 생성될 수도 있다.
상기 용융된 경화성 조성물을 발열 부품에 적용하는 방법에는 특별한 제한은 없으며, 공지의 포팅 공정이나 기타 공정을 통해서 경화성 조성물은 적용될 수 있다.
또한, 필요한 경우에 상기 적용 후에 상기 경화성 조성물을 경화시키는 단계가 수행될 수 있는데, 이 때 경화 방법은 경화성 조성물의 유형에 따라서 적정한 방법이 선택될 수 있다.
본 출원은, 경화성 조성물 및 그 용도를 제공할 수 있다. 본 출원의 경화성 조성물은, 구동 또는 유지 과정에서 열을 발생시키는 제품에 적용되어 상기 열을 처리할 수 있는 재료로서 사용될 수 있는 경화성 조성물을 제공할 수 있다. 본 출원의 경화성 조성물은, 열을 발생시키는 소자가 복수 집적되어 있는 제품에 적용되어, 상기 제품의 온도를 균일하게 유지하면서, 상기 소자에서 발생되는 열을 효율적으로 처리할 수 있다. 또한, 본 출원의 경화성 조성물은, 상기와 같은 제품에 적용되어 상기 복수의 소자 중에서 어느 하나의 소자에 이상 발열, 폭발 또는 발화가 발생하는 경우에도 그러한 발열, 폭발 또는 발화의 인접하는 다른 소자로의 영향을 방지 또는 최소화할 수 있다. 본 출원의 경화성 조성물은 또한 상기와 같은 기능을 장기간에 걸쳐서 안정적으로 수행할 수 있다. 본 출원은 또한 상기와 같은 경화성 조성물에 의해 형성된 경화체 또는 상기 경화성 조성물 또는 상기 경화체의 용도를 제공할 수 있다.
도 1 및 2는, 본 출원의 예시적인 배터리 모듈의 모식도이다.
도 3 내지 5는 각각 실시예 1 내지 3의 경화체에 대한 DSC 분석 결과를 보여주는 도면이다.
도 3 내지 5는 각각 실시예 1 내지 3의 경화체에 대한 DSC 분석 결과를 보여주는 도면이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 잠열의 측정
잠열은 다음의 방식으로 평가하였다. 약 3 내지 5 mg 정도의 시료를 DSC(Differential Scanning Calorimeter) 장비(TA instrument사, Q200 모델)에 로딩하였다. 상기 장비의 잠열 평가를 위한 온도 구간을 -20℃에서 200℃로 셋팅한 후 약 10℃/분의 속도로 승온하면서 흡열 구간을 측정하고, 상기 흡열 구간에서 확인된 흡열 피크를 적분하여 잠열(단위: J/g)을 계산하였다. 상기 흡열 피크의 left onset에서의 변곡점에서의 온도를 잠열 구간 시작 온도(온셋 온도)로 하고, right onset 지점에서의 변곡점에서의 온도를 잠열 구간 종료 온도(오프셋 온도)로 하였으며, 잠열 구간의 넓이는 상기 오프셋 온도에서 온셋 온도를 뺀 값이다.
상전이 물질의 잠열 측정 시에는 상기 시료로서 해당 상전이 물질을 사용하였다.
경화체의 잠열 측정 시에 시료는 경화성 조성물을 경화시켜서 제조하였다. 구체적으로는 상기 경화성 조성물의 주제 및 경화제 파트를 1:1의 부피 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 80℃의 챔버(chamber) 내에서 1 시간 정도 방치한 후에 주입기로 알루미늄 접시(dish)에 약 10 mm 정도의 두께가 되도록 도포하고, 상온(약 25℃)에서 24 시간 동안 유지하여 경화체를 제조하였다.
한편, 상기에서 상전이 물질의 융점은 상기 흡열 피크의 정점에서의 온도로 정의하였다.
2. 온도 제어 성능 시험
경화성 조성물의 주제 및 경화제 파트를 1:1의 부피 비율로 혼합한 상태로 80℃의 챔버(chamber) 내에서 1 시간 정도 유지하였다. 이어서 상기 혼합물을 주입기로 알루미늄 접시(dish)에 약 10 mm 정도의 두께가 되도록 도포하고, 상온(약 25℃)에서 약 24 시간 동안 유지하여 경화시켰다. 경화체를 가로 및 세로 길이가 각각 3 cm인 사각형으로 재단하여 시편을 제조하였다. 핫플레이트(AS ONE사, NDK-1A-F 모델)상에 K 타입 thermocouple(OMEGA사제)을 부착하고, 그 위에 상기 시편을 밀착시키고, 테이프로 고정하였다. 이어서 핫플레이트의 온도를 35℃에서 약 5.45℃/분의 속도로 상승시키면서, 상기 온도 상승의 시작 시점부터 11분이 경과한 시점에 온도를 측정하였다(온도 데이터 로거: FLUKE사 IR thermometers 566 모델).
3. 경도 측정
경화성 조성물의 주제 및 경화제 파트를 1:1의 부피 비율로 혼합한 상태로 80℃의 챔버(chamber) 내에서 1 시간 정도 유지하고, 이어서 상기 혼합물을 주입기로 알루미늄 접시(dish)에 약 10 mm 정도의 두께가 되도록 도포한 후에 상온(약 25℃)에서 약 24 시간 동안 유지하여 경화시키고, 그 경화체에 대해서 ASTM D2240 규격에 따라서 경도를 측정하였다. 경도 측정 시에는 ASKER Durometer 기기를 사용하였다. 평평한 상태의 샘플의 표면에 약 1.5kg 정도의 하중을 가하여 초기 경도를 측정하고, 15초 후에 안정화된 측정값으로 확인하여 경도를 평가하였다. 쇼어(Shore) A 또는 쇼어 OO 경도를 측정하였다.
4. 밀도의 측정
경화체의 밀도는, ASTM D792 규격에 따라서 gas pycnometer 장비(모델명: BELPYCNO, 제조사: MicrotracBEL사)를 사용하여 확인하였다. 상기 장비를 사용하여 헬륨 가스 주입에 따른 상온에서의 밀도 측정값을 확인할 수 있다. 상기 경화체는 실시예 또는 비교예에서 제조된 주제 및 경화제 파트를 1:1의 부피 비율로 혼합한 상태로 80℃의 챔버(chamber) 내에서 1 시간 정도 유지하고, 이어서 상기 혼합물을 주입기로 알루미늄 접시(dish)에 약 10 mm 정도의 두께가 되도록 도포한 후에 상온(약 25℃)에서 약 24 시간 동안 유지하여 경화시키서 제조하였다.
5. GPC(Gel Permeation Chromatograph)
재료의 분자량 특성은 GPC(Gel permeation chromatography)를 사용하여 측정하였다. 5 mL 바이얼(vial)에 분석 대상 재료를 넣고, 약 5 mg/mL 정도의 농도가 되도록 톨루엔에 희석한다. 그 후, Calibration용 표준 시료와 분석하고자 하는 재료를 syringe filter(pore size: 0.45 μm)를 통해 여과시킨 후 측정하였다. 분석 프로그램은 Agilent technologies 사의 ChemStation을 사용하였으며, 시료의 elution time을 calibration curve와 비교하여 중량평균분자량(Mw) 또는 수평균분자량(Mn)을 각각 구하였다. GPC의 측정 조건은 하기와 같다.
<GPC 측정 조건>
기기: Agilent technologies 사의 1200 series
컬럼: Polymer laboratories 사의 PLgel mixed B 2개 사용
용매: 톨루엔
컬럼온도: 40℃
샘플 농도: 5mg/mL, 10μL 주입
표준 시료: 폴리스티렌(Mp: 3900000, 723000, 316500, 52200, 31400, 7200, 3940, 485)
6. 필러의 입경 분석
필러의 입경은 ISO-13320에 준거하여 Marven 사의 MASTERSIZER 3000 장비를 이용하여 측정하였고, 측정 시 용매로는 Ethanol을 사용하였다. 필러의 입경으로는 D50 입경을 측정하여 이를 평균 입경으로 하였다. 상기 D50 입경은, 입도 분포의 체적 기준 누적 50%에서의 입자 지름(메디안 직경)으로서, 체적 기준으로 입도 분포를 구하고, 전 체적을 100%로 한 누적 곡선에서 누적치가 50%가 되는 지점에서의 입자 지름이다.
7. 무게 변화(△W)
경화성 조성물의 주제 파트와 경화제 파트를 1:1의 부피 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 80℃의 챔버(chamber)에 1 시간 정도 유지하고, 주입기로 알루미늄 접시(dish)에 약 10 mm 정도의 두께가 되도록 도포하였다. 도포된 혼합물을 상온(약 25℃)에서 24 시간 동안 유지하여 경화시키서 경화체를 제조하였다. 경화체를 가로 및 세로 길이가 각각 1 cm인 사각형으로 재단하여 시편(무게: Wi, 단위 g)을 제조하였다. 시편을 filter paper상에 올려 놓은 상태에서 약 80℃의 챔버 내에서 약 24 시간 동안 유지한 후에 꺼내서 다시 시편의 무게(무게: Wf, 단위 g)를 측정하였다. 상기 과정에서 측정된 무게를 하기 식 A에 대입하여 무게 변화율(△W)을 측정하였다. 동일한 경화성 조성물로 형성된 4개의 시편에 대해서 각각 무게 변화율을 측정하고, 그 평균값을 하기 표 1 및 2에 기재하였다.
[식 A]
△W = 100 × (Wf - Wi)/Wi
실시예 1.
주제 파트의 제조
경화성 수지 성분으로서, 실리콘 수지 성분(Lord사제, CoolTherm SC-6705)을 사용하였다. 상기 실리콘 수지 성분의 주제와 상전이 물질을 혼합하여 주제 파트를 제조하였다. 상전이 물질로는, 도코산(n-docosane)과 아이코산(n-eicosane)을 사용하였다. DSC 분석에서 상기 도코산은 융점이 약 44℃ 정도이고, 잠열은 약 170 J/g 정도였으며, 상기 아이코산은 융점이 약 36℃ 정도이고, 잠열이 약 152 J/g 정도였다. 또한, 상기 도코산의 잠열 구간 시작 온도(온셋 온도)는 약 41.53℃ 정도였고, 잠열 구간 종료 온도(오프셋 온도)는 약 46.99℃ 정도였으며, 상기 아이코산의 잠열 구간 시작 온도(온셋 온도)는 약 31.79℃ 정도였고, 잠열 구간 종료 온도(오프셋)는 약 38.96℃ 정도였다. 따라서, 상기 도코산의 잠열 구간(오프셋 온도에서 온셋 온도를 뺀 값)은, 약 5.46℃ 정도이고, 상기 아이코산의 잠열 구간은 약 7.17℃ 정도이다. 상기 실리콘 수지 성분의 중량평균분자량(Mw)은 약 28,000 g/mol 정도였다. 상기 혼합 시에는 혼합 비율은 76.1:17.9:6의 중량 비율(주제:n-docosane:n-eicosane)로 하였다. 주제 파트의 제조 시에 우선 상전이 물질을 약 80℃의 온도에서 1 시간 동안 유지하여 완전히 용융시키고, 용융된 상전이 물질을 주제 등과 혼합하고, 380 rpm에서 30분 동안 교반하여 주제 파트를 제조하였다. 상기 상전이 물질과 주제의 혼합은 약 80℃ 정도의 온도에서 수행하였다.
경화제 파트의 제조
실리콘 수지 성분(Lord사제, CoolTherm SC-6705)의 경화제와 상전이 물질을 혼합하여 경화제 파트를 제조하였다. 상전이 물질로는 주제 파트의 제조 시와 동일한 것을 사용하였다. 상기 혼합 시에는 혼합 비율은 76.1:17.9:6의 중량 비율(경화제:n-docosane:n-eicosane)로 하였다. 경화제 파트의 제조 시에 우선 상전이 물질을 약 80℃의 온도에서 1 시간 동안 유지하여 완전히 용융시키고, 용융된 상전이 물질을 주제 등과 혼합하고, 380 rpm에서 30분 동안 교반하여 주제 파트를 제조하였다. 상기 상전이 물질과 경화제의 혼합은 약 80℃ 정도의 온도에서 수행하였다.
경화성 조성물
상기 주제 및 경화제 파트를 부피 비율이 1:1이 되도록 준비하여 경화성 조성물을 제조하였다. 상기 경화성 조성물은, 상온 경화형으로서, 상기 경화성 조성물을 상온에서 약 12 시간 이상 유지하여 경화시킬 수 있다. 도 3은 상기 경화체에 대해서 수행한 DSC 분석 결과를 보여주는 도면이다.
실시예 2.
주제 및 경화제 파트의 제조 시에 추가로 평균 입경(D50 입경)이 약 50μm 정도인 수산화 알루미늄 필러(ATH)를 배합하고, 주제 파트의 배합 시의 배합 비율을 약 48.7:11.4:3.9:36의 중량 비율(주제:n-docosane:n-eicosane:ATH)로 하며, 경화제 파트 배합 시의 배합 비율을 약 48.7:11.4:3.9:36의 중량 비율(경화제:n-docosane:n-eicosane:ATH)로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 주제 파트, 경화제 파트 및 경화성 조성물을 각각 제조하였다. 도 4는 상기 경화체에 대해서 수행한 DSC 분석 결과를 보여주는 도면이다.
실시예 3.
주제 및 경화제 파트의 제조 시에 추가로 평균 입경(D50 입경)이 약 50 μm 정도인 수산화 알루미늄 필러(ATH)를 배합하고, 주제 파트의 배합 시의 배합 비율을 약 48.7:13.4:1.9:36의 중량 비율(주제:n-docosane:n-eicosane:ATH)로 하며, 경화제 파트 배합 시의 배합 비율을 약 48.7:13.4:1.9:36의 중량 비율(경화제:n-docosane:n-eicosane:ATH)로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 주제 파트, 경화제 파트 및 경화성 조성물을 각각 제조하였다. 도 5는 상기 경화체에 대해서 수행한 DSC 분석 결과를 보여주는 도면이다.
비교예 1
주제 및 경화제 파트 제조 시에 상전이 물질로서, n-도코산 1종만을 사용하고, 추가로 평균 입경(D50 입경)이 약 50 μm 정도인 수산화 알루미늄 필러(ATH)를 배합하고, 주제 파트의 배합 시의 배합 비율을 약 50.8:15.9:33.3의 중량 비율(주제:n-docosane:ATH)로 하며, 경화제 파트 배합 시의 배합 비율을 약 50.8:15.9:33.3의 중량 비율(경화제:n-docosane:ATH)로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 주제 파트, 경화제 파트 및 경화성 조성물을 각각 제조하였다.
비교예 2.
주제 및 경화제 파트 제조 시에 상전이 물질로서, n-아이코산 1종만을 사용하고, 주제 파트의 배합 시의 배합 비율을 약 76:24의 중량 비율(주제:n-eicosane)로 하며, 경화제 파트 배합 시의 배합 비율을 약 76:24의 중량 비율(경화제:n-eicosane)로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 주제 파트, 경화제 파트 및 경화성 조성물을 각각 제조하였다.
비교예 3.
주제 파트의 배합 시의 배합 비율을 약 76.1:22.4:1.5의 중량 비율(주제:n-docosane:n-eicosane)로 하며, 경화제 파트 배합 시의 배합 비율을 약 76.1:22.4:1.5의 중량 비율(경화제:n-docosane:n-eicosane)로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 주제 파트, 경화제 파트 및 경화성 조성물을 각각 제조하였다.
비교예 4.
주제 파트의 제조
경화성 수지 성분으로서, 실리콘 수지 성분(Lord사제, CoolTherm SC-6705)을 사용하였다. 상기 실리콘 수지 성분의 주제와 상전이 물질 및 평균 입경(D50 입경)이 약 50 μm 정도인 수산화 알루미늄 필러(ATH)를 배합하여 주제 파트를 제조하였다. 상전이 물질로는, 실시예 1에서 사용한 것과 같은 도코산(n-docosane)과 파라핀(OCI)을 사용하였다. 상기 파라핀(OCI)은, DSC 분석에서 융점이 약 62℃ 정도이고, 잠열은 약 170 J/g 정도였으며, 잠열 구간 시작 온도(온셋 온도)는 약 45.89℃ 정도였고, 잠열 구간 종료 온도(오프셋 온도)는 약 67.44℃ 정도였다. 상기 혼합 시에는 혼합 비율은 48.6:11.4:4:36의 중량 비율(주제:n-docosane:paraffin(OCI):ATH)로 하였다. 혼합은 실시예 1과 같은 방식으로 수행하였다.
경화제 파트의 제조
실리콘 수지 성분(Lord사제, CoolTherm SC-6705)의 경화제와 상전이 물질 및 수산화 알루미늄 필러를 혼합하여 경화제 파트를 제조하였다. 상전이 물질 및 알루미늄 필러로는 주제 파트의 제조 시와 동일한 것을 사용하였다. 상기 혼합 시에는 혼합 비율은 48.6:11.4:4:36의 중량 비율(경화제:n-docosane:paraffin(OCI):ATH)로 하였다. 혼합은 실시예 1과 같은 방식으로 수행하였다.
경화성 조성물
상기 주제 및 경화제 파트를 부피 비율이 1:1이 되도록 준비하여 경화성 조성물을 제조하였다. 상기 경화성 조성물은, 상온 경화형으로서, 상기 경화성 조성물을 상온에서 약 12 시간 이상 유지하여 경화시킬 수 있다. 도 3은 상기 경화체에 대해서 수행한 DSC 분석 결과를 보여주는 도면이다.
비교예 5.
주제 파트의 제조
경화성 수지 성분으로서, 실리콘 수지 성분(Lord사제, CoolTherm SC-6705)을 사용하였다. 상기 실리콘 수지 성분의 주제와 상전이 물질 및 평균 입경(D50 입경)이 약 50 μm 정도인 수산화 알루미늄 필러(ATH)를 배합하여 주제 파트를 제조하였다. 상전이 물질로는, 비교예 4에서 적용한 파라핀(OCI)과 상기 파라핀과는 다른 제 2 파라핀(Junsei)을 사용하였다. 상기 파라핀(Junsei)은, DSC 분석에서 융점이 약 28℃ 정도이고, 잠열은 약 175 J/g 정도였으며, 잠열 구간 시작 온도(온셋 온도)는 약 27.28℃ 정도였고, 잠열 구간 종료 온도(오프셋 온도)는 약 29.15℃ 정도였다. 상기 혼합 시에는 혼합 비율은 48.6:7.7:7.7:36의 중량 비율(주제:paraffin(OCI):paraffin(Junsei):ATH)로 하였다. 혼합은 실시예 1과 같은 방식으로 수행하였다.
경화제 파트의 제조
실리콘 수지 성분(Lord사제, CoolTherm SC-6705)의 경화제와 상전이 물질 및 수산화 알루미늄 필러를 혼합하여 경화제 파트를 제조하였다. 상전이 물질 및 알루미늄 필러로는 주제 파트의 제조 시와 동일한 것을 사용하였다. 상기 혼합 시에는 혼합 비율은 48.6:7.7:7.7:36의 중량 비율(주제:paraffin(OCI):paraffin(Junsei):ATH)로 하였다. 혼합은 실시예 1과 같은 방식으로 수행하였다.
경화성 조성물
상기 주제 및 경화제 파트를 부피 비율이 1:1이 되도록 준비하여 경화성 조성물을 제조하였다. 상기 경화성 조성물은, 상온 경화형으로서, 상기 경화성 조성물을 상온에서 약 12 시간 이상 유지하여 경화시킬 수 있다. 도 3은 상기 경화체에 대해서 수행한 DSC 분석 결과를 보여주는 도면이다.
상기 실시예 및 비교예에 대한 평가 결과를 정리하면 하기 표 1 및 2와 같다.
| 실시예 | |||
| 1 | 2 | 3 | |
| 경화체 잠열(J/g) | 36.95 | 32.18 | 37.2 |
| 온셋 온도(℃) | 24.32 | 24.31 | 29.64 |
| 오프셋 온도(℃) | 43.02 | 43.74 | 44.01 |
| 잠열 구간 넓이(℃) | 18.7 | 19.43 | 14.37 |
| 경화체 밀도(g/cm3) | 0.919 | 1.185 | 1.184 |
| 경화체 경도(shore A) | 58 | 61 | 60 |
| 온도 제어 성능(℃) | 7.5 | 8.7 | 7 |
| 무게 변화(%) | 2.8 | 1.6 | 1.5 |
| 비교예 | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 경화체 잠열(J/g) | 30.11 | 36.50 | 40.89 | 26.62 | 23.38 |
| 온셋 온도(℃) | 40.34 | 33.49 | 38.12 | 25.38 | 19.55 |
| 오프셋 온도(℃) | 48.91 | 36.92 | 44.46 | 48.25 | 40.87 |
| 잠열 구간 넓이(℃) | 8.57 | 3.43 | 6.34 | 22.87 | 21.32 |
| 경화체 밀도(g/cm3) | 1.159 | 0.92 | 0.936 | 1.184 | 1.184 |
| 경화체 경도(shore A) | 62 | 58 | 58 | 60 | 58 |
| 온도 제어 성능(℃) | 4.5 | 3.8 | 2.2 | 4.9 | 3.1 |
| 무게 변화(%) | 1.5 | 2.6 | 2.8 | 1.6 | 2.0 |
Claims (20)
- 경화성 수지 성분 및 상전이 물질을 포함하고,
0℃ 내지 60℃의 온도 범위 내에서 25 J/g 이상의 잠열을 나타내는 경화체를 형성하며,
상기 경화체의 잠열 구간의 넓이가 9℃ 이상인 경화성 조성물. - 제 1 항에 있어서, 경화체의 잠열 구간의 넓이가 9℃ 내지 20℃의 범위 내에 있는 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 경화체는, 밀도가 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3의 범위 내인 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 경화체는 20 내지 90의 범위 내의 쇼어 OO 경도 또는 10 내지 90의 범위 내의 쇼어 A 경도를 가지는 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 경화성 수지 성분은, 중량평균분자량이 9,000 g/mol 이상인 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 경화성 수지 성분은, 아크릴 수지 성분, 폴리우레탄 성분, 실리콘 수지 성분 또는 에폭시 수지 성분인 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상전이 물질로서, 제 1 상전이 물질 및 제 2 상전이 물질을 포함하는 경화성 조성물.
- 제 7 항에 있어서, 제 1 상전이 물질의 융점이 40℃ 초과이고, 제 2 상전이 물질의 융점이 40℃ 이하인 경화성 조성물.
- 제 8 항에 있어서, 제 1 상전이 물질과 제 2 상전이 물질의 융점의 차이가 1℃ 내지 20℃의 범위 내에 있는 경화성 조성물.
- 제 7 항에 있어서, 제 1 상전이 물질이 제 2 상전이 물질 대비 높은 온셋 온도를 가지고, 상기 온셋 온도의 차이의 절대값이 5℃ 내지 20℃의 범위 내에 있는 경화성 조성물.
- 제 7 항에 있어서, 제 1 상전이 물질의 잠열 구간이 제 2 상전이 물질의 잠열 구간 대비 좁은 경화성 조성물.
- 제 11 항에 있어서, 제 1 상전이 물질의 잠열 구간과 제 2 상전이 물질의 잠열 구간의 차이의 절대값이 1℃ 초과이고, 10℃ 이하인 경화성 조성물.
- 제 7 항에 있어서, 제 1 상전이 물질이 제 2 상전이 물질 대비 높은 잠열을 가지는 경화성 조성물.
- 제 13 항에 있어서, 제 1 상전이 물질의 잠열과 제 2 상전이 물질의 잠열의 차이의 절대값이 100% 이하인 경화성 조성물.
- 제 7 항에 있어서, 제 2 상전이 물질은 제 1 상전이 물질 100 중량부 대비 8 내지 100 중량부로 포함되는 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 경화성 수지 성분 100 중량부 대비 20 내지 75 중량부의 상전이 물질을 포함하는 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 보헤마이트(AlOOH), 하이드로마그네사이트, 마그네시아, 알루미나, 질화 알루미늄(AlN, aluminum nitride), 질화 붕소(BN, boron nitride), 질화 규소(Si3N4, silicon nitride), 탄화규소(SiC), 산화 아연(ZnO) 및 산화 베릴륨(BeO)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 필러를 추가로 포함하는 경화성 조성물.
- 용융된 상전이 물질과 경화성 수지 성분을 혼합하는 단계를 포함하는 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 경화성 조성물의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 경화성 조성물의 경화체.
- 발열 부품 및 상기 발열 부품과 인접하여 존재하는, 제 1 항의 경화성 조성물 또는 제 19 항의 경화체를 포함하는 제품.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| PCT/KR2022/015196 WO2023059154A1 (ko) | 2021-10-08 | 2022-10-07 | 경화성 조성물 |
| CN202280053257.6A CN117795012A (zh) | 2021-10-08 | 2022-10-07 | 可固化组合物 |
| TW111138271A TW202330760A (zh) | 2021-10-08 | 2022-10-07 | 可固化組成物、其製備方法、固化體及包括其的製品 |
| EP22878975.6A EP4372055A1 (en) | 2021-10-08 | 2022-10-07 | Curable composition |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210134137 | 2021-10-08 | ||
| KR20210134137 | 2021-10-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020220128214A KR20230051093A (ko) | 2021-10-08 | 2022-10-06 | 경화성 조성물 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024049205A1 (ko) * | 2022-08-30 | 2024-03-07 | 주식회사 엘지화학 | 조성물 |
-
2022
- 2022-10-06 KR KR1020220128214A patent/KR20230051093A/ko unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024049205A1 (ko) * | 2022-08-30 | 2024-03-07 | 주식회사 엘지화학 | 조성물 |
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