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형태가 다른 2종의 열전도성 필러를 포함하는 고분자 조성물 및 이의 제조방법

글쓴이 : Riushop 날짜 : 2016-05-10 (화) 09:36 조회 : 1558

본 발명은 형태가 서로 다른 2종의 열전도성 필러를 포함하는 고분자 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 20 내지 80 중량% 의 내열성 고분자 수지 및 20 내지 80 중량% 의 열전도성 필러를 포함하는 고분자 조성물에 있어서, 상기 열전도성 필러는 판상형 열전도성 필러 및 섬유형 열전도성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서 제조되는 고분자 조성물은 판상형과 섬유형의 형상을 가지는 2종의 열전도성 필러를 동시에 사용하여, 열전도성 필러간의 접촉율을 향상시키고, 고분자 내에 포함되어 있는 열전도성 필러가 방향성을 가지게 됨으로써 열전도도 및 기계적 강도가 우수한 효과가 있다. 또한, 열전도성 필러로 상용화된 열전도성 필러를 사용하고, 제조공정이 단순하기 때문에 제조단가가 낮아 대량생산할 수 있어 전자부품산업, 반도체 산업 등에 광범위하게 활용될 수 있다.

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기술분야


본 발명은 형태가 서로 다른 2종의 열전도성 필러를 포함하는 고분자 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.


배경기술


최근 스마트폰, 컴퓨터 등의 전자기기가 소형화되고 가벼워짐에 따라 반도체 패키지의 고밀도 패키징과 직접회로에서 소자의 고집적화 및 고속화 등이 요구되고 있다. 이에 따라, 각종 전자부품에서 발생되는 열을 외부로 방출하여 열에 의한 부품 손상을 방지하는 것으로 방열판 또는 방열시트에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래에 사용되는 방열판으로는 열전도성이 좋은 금속 예를 들면, 알루미늄과 같은 방열판이 사용되었다.
하지만 방열판 소재로 금속을사용하게되면 낮은 성형성, 생산성 및 부품디자인의 한계가 있어 이를 대체할 수 있는 물질에 대한 연구가 진행되고 있다.
또한, 방열시트는 발광다이오드(LED) 또는 전지 및 인쇄회로기판(PCB) 등의 열을 발생시키는 부품이나 제품에 부착되어 높은 방열 효과를 내는 제품으로 방열시트의 소재로서 열전도성 고분자가 개발되었다.
상기 열전도성 고분자는 열저항체인 고분자에 높은 열전도도를 가지는 열전도성 필러를 첨가시킴으로써 제조된다. 또한, 상기 열전도성 고분자 소재의 개발은 사출성형이 가능하고 적정 수준의 물성을 확보하기 위하여 최소의 열전도성 필러 함량으로 최적의 열전도도를 얻기 위한 방향으로 진행되고 있다.
최근 그린스타(주)는 카본나노튜브(CNT)를 아크릴바인더에 결합하여 열전도성을 극대화한 그라파이트 방열시트를 개발하였다.
상기 그라파이트 방열시트는 그린스타(주)에서 자체 개발한 카본나노튜브 분산기술과 아크릴점착재 제조기술을 활용해 방열효율을 4.546 W/m·K 수준으로 높인 것이 특징이다.
종래 열전도성 고분자의 제조방법으로는 다음과 같은 기술들이 공지되어있다.

대한민국 공개특허 제10-2011-0079146호(공개일:2011.07.07)는 백색도, 열전도성 및 압출 성형성이 우수한 폴리아마이드계 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 폴리아마이드 수지에 열전도 필러, 충진재 및 폴리아마이드와 상용성이 있으며 중량 평균 분자량이 500,000 내지 5,000,000인 열가소성 수지를 포함하는 백색도, 열전도성 및 압출 성형성이 우수한 폴리아
마이드계 수지 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다(특허문헌 1). 상기 발명은 열전도성 필러로 보론니트라이드를 사용하여 높은 백색도와 열전도성을 동시에 획득할 수 있지만, 제조되는 열전도성 고분자의 기계적 강도 및 성형성을 보완하기 위하여 별도의 충진재, 백색안료, 및 주쇄로 사용하는 폴리아마이드 수지와 상용성이 있는 고분자 수지를 사용한다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2009-0088134호(공개일:2009.08.19)는 내열도, 반사율 및 열전도도가 우수한 수지 조성물 및 제조방법에 관한 것으로, 용융점이 270 ℃ 이상인 결정성 수지 40 내지 70 중량% 와 백색 무기물 5 내지 50 중량% 와 열전도성 필러 1 내지 40 중량% 와 강성 증가제 5 내지 30 중량% 를 배럴온도 280 내지 360 ℃의 이축 압출기에서 압출혼합하는 단계를 통해 펠렛 형태로 제조하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키징용 소재의 제조방법에 관한 것이다(특허문헌2).
상기 발명에서 제조되는 고분자 조성물의 평균 열전도율은 0.5 W/m·K 이며, 기계적인 물성을 보완하기 위하여 추가적으로 강성 증가제를 사용한다.
나아가, D. Khastgir 등은 모양과 크기가 다른 탄소계 필러가 에틸렌초산비닐공중합체의 전기 전도도 등과 관련된 물성에 끼치는 영향에 대한 실험을 수행하였다(비특허문헌 1).
상기 실험에서는 열전도성 필러로 흑연, 쇼트탄소섬유 및 다중벽 탄소나노튜브를 사용하였으며, 상기 실험의 결과로 다중벽 탄소나노튜브 및 쇼트탄소섬유를 사용하여 제조된 고분자 조성물의 열전도도가 높게 나타났다.
하지만, 다중벽 탄소나노튜브 및 쇼트탄소섬유의 경우 고가의 물질로서 상기 열전도성 필러를 사용하여 제조된 열전도성 고분자는 대량생산 및 상용화가 어려운 점이 있다.


문제점


본 발명의 목적은 열전도도가 우수하고, 기계적 강도가 우수한 고분자조성물 및 이로부터 제조되는 성형품을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 고분자 조성물 및 성형품의 제조방법을 제공하는데 있다.


해결과제


상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 20 내지 80 중량% 의 내열성 고분자 수지; 및 20 내지 80 중량% 의 열전도성 필러를 포함하는 고분자 조성물에 있어서, 상기 열전도성 필러는 판상형 열전도성 필러 및 섬유형 열전도성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물 및 이로부터 제조되는 성형품을 제공한다.
또한, 본 발명은 20 내지 80 중량% 의 내열성 고분자 수지 및 10 내지 70 중량% 의 판상형 열전도성 필러를 용융혼합하는 단계 (단계 1) 및 상기 단계 1에서 혼합된 혼합물에 10 내지 70 중량% 의 섬유형 열전도성 필러를 용융혼합하는 단계 (단계2) 를 포함하는 고분자 조성물의 제조방법을 제공한다.


효과


본 발명에서 제조되는 고분자 조성물은 판상형과 섬유형의 형상을 가지는 2종의 열전도성 필러를 동시에 사용하여, 열전도성 필러간의 접촉율을 향상시키고, 고분자 조성물 내에서 열전도성 필러가 방향성을 가지게 됨으로써 열전도도 및 기계적 강도가 우수한 효과가 있다.
또한, 열전도성 필러로 상용화된 열전도성 필러를 사용하고, 제조공정이 단순하기 때문에 제조단가가 낮아 대량생산할 수 있어 전자부품산업, 반도체 산업 등에 광범위하게 활용될 수 있다.


본고는 한국화학연구원 유영재, 이성구, 원종찬, 이재흥, 전병국의 발표자료를 요약한 것이다.


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