KR101374151B1

KR101374151B1 - 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물

Info

Publication number: KR101374151B1
Application number: KR1020120107495A
Authority: KR
Inventors: 장세도
Original assignee: 한가람화학 주식회사
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-03-14

Abstract

본 발명은 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물에 관한 것으로, 수용성 세라믹 수지 또는 아크를 및 우레탄 수지를 사용하여 친환경 코팅제를 만들고 전도성 세라믹 필러가 함유된 전착코팅방식을 통하여 열면적을 증대시킴과 동시에 온도를 냉각시키는 방식을 도입하고 도막의 접착성과 내 환경성을 제공하도록 수용성 아크릴 10~40중량%, 우레탄 30~40중량%, 암모늄염 수용액에 알루미늄 전구체 5~15중량%와 실란의 중합을 통해 얻어진 실라놀 화합물 10~30중량%을 용해한 혼합물 10~20중량%, 고분산된 나노 세라믹 미립분말의 조성물 10중량%와 여분의 증류수를 혼합하여 전체 100중량%가 되도록 혼합조성된 것으로, 중금속이나 인체에 유해한 유기 용제를 전혀 함유하지 않으므로, 친환경적이며, 방열판에 전착 코팅시 우수한 내식성, 일정한 코팅 도막두께, 강도, 밀착성을 가짐과 동시에, 우수한 방열의 효과를 얻을수 있다. 뿐만 아니라 전착도장을 통해 생산성의 향상과 고른 품질을 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물에 관한 것이다.

Description

방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물{Water-soluble nano-ceramic heat-resistant coating composition for heatsink coating}

본 발명은 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물에 관한 것으로, 방열을 위해 전자기기 및 기계설비 등에 부착되어 사용 시 발생되는 열을 식히는 방열판(HEAT SINK)의 방열효과와 방열판의 내식성, 내후성 및 열방사율을 증대시키기 위한 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물에 관한 것이다.

산업기술의 발달로 인해 최근에는 많은 국가에서 에너지 소비율이 증가하고 있고, 이러한 에너지 소비율로 인해 화석연료의 소진 등의 문제점을 야기하고 있으며, 과다한 에너지 소비로 인해 지구온난화 등의 다양한 환경문제도 야기하고 있다.

따라서, 최근들어서는 에너지를 보다 적게 사용하면서 높은 에너지효율을 얻을 수 있는 다양한 제품과 기술이 속속 개발되고, 개시하는 등 다양한 노력을 통해 에너지 절약과 환경오염을 방지할 수 있도록 노력하고 있는 실정이다. 즉, 개시되고 있는 에너지 절약에 따른 높은 에너지 효율을 가지는 제품으로 엘이디 등 다양한 가전 제품을 들 수 있다.

그러나, 이러한 친환경 및 에너지 절약을 위한 가전 제품은 열에 취약하여 보다 높은 제품사용수명을 위해 열을 방사하기 위한 기술이 개발되고 있고, 이러한 기술의 대표적인 것으로 방열판을 들 수 있다.

이러한, 방열판은 LED 램프, 전자기기 및 기계설비 등에서 발생되는 열을 방사하기 위하여 전자기기 및 기계설비 등에는 전열면적이 넓은 구조로 된 방열판가 부착된다. 이러한 일반적인 방열판의 소재는 일반적으로 열전도도가 큰 구리, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등으로 만들어진다. 그리고 그 방열판 표면에 열전도성이나 열방사율을 높일 수 있는 필러(전도성 Carbon Black, 이산화 티탄, 다공성 Silica 등의 전도성 필러)를 함유하는 코팅제를 균일하게 피복시켜 방열 성능을 향상시키고 있다.

즉, 방열판은 일반적으로 열흡수 및 방출이 용이한 금속성 재질을 사용하여 형성하는 것이 많고, 이러한 금속성 방열판의 문제는 부식에 취약하고, 각종 환경에 견딜 수 있는 내후성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 엘이디의 방열판이 내식성, 내후성 및 열방사율을 높여 엘이디 제품의 에너지 효율증대 및 절약이 가능하고, 엘이디 제품의 사용수명의 연장을 통해 불필요한 비용의 낭비와 환경오염 방지가 가능한 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물은 수용성 세라믹 수지 또는 아크릴 및 우레탄 수지를 사용하여 친환경 코팅제를 만들고 전도성 세라믹 필러가 함유된 전착코팅방식을 통하여 열면적을 증대시킴과 동시에 온도를 냉각시키는 방식을 도입하고 도막의 접착성과 내 환경성을 제공하도록 수용성 아크릴 10~40중량%, 우레탄 30~40중량%, 암모늄염 수용액에 알루미늄 전구체 5~15중량%와 실란의 중합을 통해 얻어진 실라놀 화합물 10~30중량%을 용해한 혼합물 10~20중량%, 고분산된 나노 세라믹 미립분말의 조성물 10중량%와 여분의 증류수를 혼합하여 전체 100중량%가 되도록 혼합조성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 실라놀 화합물은 중합 이후에 남아있는 유기 작용기를 티탄, 지르코늄 중 어느 하나의 금속 전구체로 치환한 것 또는 티탄, 지르코늄 중 적어도 어느 하나 이상의 금속전구체를 혼합한 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명은 수용성 아크릴 10~40중량% 및 우레탄 30~40중량%로 구성되며, 암모늄염 수용액에 알루미늄 전구체 5~15중량%와 실란의 중합을 통해 얻어진 실라놀 화합물 10~30중량%을 용해한 혼합물 10~20중량%, 고분산된 나노 세라믹 미립분말의 조성물 10중량%와 여분의 증류수를 혼합하여 전체 100중량%가 되도록 혼합조성되어 수용성 나노세라믹방열코팅 조성물을 형성하고, 이와 같이 형성된 조성물을 방열판에 전착도장하여 방열판이 내식성, 내후성 및 열방사율이 증가되고, 이로 인해 엘이디 등의 전자제품의 에너지 효율증대 및 절약이 가능하며, 전자제품의 사용수명의 연장을 통해 불필요한 비용의 낭비와 환경오염 방지가 가능한 효과가 있다.

상기와 같은 과제 해결 수단에 의한 효과를 달성하기 위해 본 발명에 따른 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물을 설명하면 방열 소재에 대한 밀착 및 부착성이 향상되고, 방열효율이 향상된 나노세라믹도막을 가짐과 동시에 친환경성을 증대시키기 위한 나노 금속 산화물 및 방열에 도움을 주는 나노분말을 포함하고, 전착 후 도막을 형성 하는 조성물이다. 그리고 상기 조성물에 의해 전착 도장된 열방사 특성을 가진 도막이다.

이와 같은 본 발명은 전자부품 등 방열 전착도료의 조성물로 사용되는 것으로, 수용성 아크릴 10~40중량%, 우레탄 30~40중량%, 암모늄염 수용액에 알루미늄 전구체(aluminum hydrate) 5~15중량%와 실란의 중합을 통해 얻어진 실라놀 화합물 10~30중량%을 용해한 혼합물 10~20중량%, 고분산된 나노 세라믹 미립분말의 조성물 10중량%와 여분의 증류수를 혼합하여 전체 100중량%가 되도록 혼합조성된 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 상기 조성물은 방열판에 피복되어 방열 면적을 증대시키고 온도가 올라감에 따라서 냉각되는 효과를 얻게 된다.

한편, 상기 조성물의 구성 요소인 수용성 아크릴 및 우레탄은 피도체의 표면을 보호하고, 암모늄염 수용액에 용해된 알루미늄 전구체 및 실라놀 화합물은 방열의 면적을 증가시키고 열전달 효과를 극대화시킨다.

한편, 전술한 상기 실라놀 화합물은 중합 이후에 남아있는 유기 작용기를 티탄, 지르코늄 중 어느 하나의 금속 전구체로 치환한 것 또는 티탄, 지르코늄 중 적어도 어느 하나 이상의 금속전구체를 혼합한 것으로, 상기 실라놀 화합물 10~30중량%를 암모늄염 수용액에 알루미늄 전구체 5~15중량%과 함께 용해한다.

상기와 같은 본 발명의 전착도료를 이용하여 방열소재에 전착 도막을 형성시키면, 종래의 양극산화 방법에 비하여 다음과 같은 효과를 달성하게 된다.

먼저, 방열성능은 종래의 경우 ΔT=6℃±2℃정도였으나 ΔT=10℃±2℃로 향상되고, 친환경적인 코팅 방법으로 전착 방법의 적용이 가능해지고 또한 기존 스프레이 등의 코팅 방식에 비해 30％ 내외의 코팅 비용이 절감된다.

그리고 종래의 스프레이형 코팅과 비교하면, 방열성능은 종래의 경우 ΔT=6℃±2℃ 정도였으나 ΔT=10℃±2℃로 향상 되고, 코팅의 균일성에 있어 종래는 불균일하였으나 내외부 모두 균일성이 유지되고, 도료의 손실(loss)율에 있어서는 기존의 스프레이 코팅방식을 비교해 볼 때 소모되는 양과 비교하여 조성물의 사용 손실량이 5％ 내외로 상당히 적다. 따라서 코팅비용에 대한 경제성이 매우 높다고 할 수 있다.

상기와 같은 방열 효과는 나노 파우더를 사용함과 동시에 티탄, 지르코늄 등의 금속 전구체의 활용으로 말미암아 사용기재(알루미늄 외 기타금속 소재)와 도막 표면을 연결하여 방열 효과를 높인 것이다. 또한 소재와의 밀착성 및 내 환경성을 증가시키기 위하여 세라믹 수지뿐 아니라 아크릴 및 내 환경성 우레탄 수지를 사용하였다.

그리고 수용성 전착 도장법을 사용함으로써 도장 후 균일한 막을 얻을 수 있어 방열효과가 일관성이 있고, 코팅시 발생되는 조성물의 손실을 최소화할 수 있어서 도장비용을 줄일 수 있고, 생산원가에 절감을 가져올 수 있다. 또한 구조물이 복잡하더라도 내부까지 균일한 코팅 도막을 얻을 수 있어서 균일한 방열효과를 가져올 수 있다.

상기와 같은, 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물을 상술한 바와 같은 뛰어난 방열효과와 내환경성 및 내구성을 증대하기 위한 가장 바람직한 코팅 방법은 다음과 같다.

우선, 방열판 등의 방열 피도체를 상온에서 전처리 약품으로 처리 수세 후 15~30℃에서 20~600초 동안 전착도료 조성물로 전착 코팅을 통해 전착 도막을 형성하도록 한다. 여기서, 사용되는 전착도료 조성물은 아크릴 우레탄 수지로 설계된 복합수지와 방열세라믹 수지에 증류수를 서서히 투입, 혼화하고 0.01~0.1중량％의 산 촉매를 투입하여 안정화한다.

이후, 고(高) 나노로 분산된 나노 세라믹 미립분말을 고형분으로 맞추어 투입한다. 여기서, 소비자가 원하는 피복 색상이 있을 경우 5~10중량% 착색안료를 사용할 수 있다. 그러나 과도한 착색안료의 사용은 방열의 효율을 떨어뜨릴 수 있기 때문에 상술한 바와 같이 5~10중량% 내외에서 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 전착코팅 후에는 충분히 수세작업을 행하여 석출된 도막 이외의 불순물을 제거해 준 다음, 세척 후 전착 도막 표면에 존재하는 수분을 열 건조하여 제거하여 요구되는 전착 도막을 얻게 된다.

본 발명은 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물을 사용하고, 본 발명에서의 배합비를 정한 조성물을 이용하여 전착 코팅 후, 방열제품에 대한 코팅도막의 양호함을 얻을 수 있고 우수한 나노세라믹 방열 특성을 얻을 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실험방법은 아래와 같다.

실험 방법

-LED 전구 PCB판 : 알루미늄 다이캐스팅 12종

-사용 LED 출력 : 27W

-LED 전류 : 2.5A

-소비전력 : 25V

온도측정기를 이용하여 LED 알루미늄 피씨비보드(PCB BORD) 앞(Front) 부위와 뒷(Back) 부위에 센서를 부착하여 전원을 연결하고, LED 램프를 작동시킨 후 시간이 경과함에 따른 온도변화를 체크함.[표 1][표 2][표 3]

표 1에 나타난 바와 같이, 종래의 방열코팅된 방열판이 부착된 피씨비보드(적색선)과 본 발명에 따른 조성물이 전착코팅되어 도막형성된 방열판이 부착된 피씨비보드(X측정위치가 도시된 갈색선)의 전후면을을 비교하여 보면 전후면 모두 시간이 경과됨에 따른 온도변화에서 종래 피씨비보드보다 현저히 방열효과를 통해 온도가 낮게 상승되는 것을 확인할 수 있다.

이와 같은 그래프의 측정점에 따른 온도변화를 [표 2]와 [표 3]을 통해 확인할 수 있으며, [표 2]는 피씨비보드의 앞 부위이고, [표 3]은 피씨비보드의 뒷 부위이다. 표에 나타난 바와 같이, 종래 피씨비보드와 본 발명의 조성물이 전착 도막을 형성한 피씨비보드와의 온도편차는 시간이 경과됨에 따라 10분 단위로 약 1℃씨 전시간대에 대비하여 편차율이 발생되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 시간이 경과됨에 따른 본 발명에 따른 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물로 형성된 방열판용 전착 도막의 방열효과가 증대됨을 알 수 있다.

기타 다른 물성 실험 결과는 아래의 [표 4]와 같이 도막의 경도는 3H의 경도를 가지고 있어, 내 스크레치성과 도막의 내구성이 향상된 사실을 알 수 있습니다. 또한, 본 발명에 따른 조성물이 방열판 표면에 밀착성, 내수성, 내산성, 내알카리성, 내충격성에서 모두 기준 이상의 효과를 가지고 있다는 사실을 충분히 알 수 있습니다.

시험항목	성 능	시험방법	시험규격 No .
연필경도	3H	연필경도 45° 750g	KS D 6711
도막두께		도막두께 측정 시	KS D 0246
표면 저항치	O/sq이상	-	-
밀착성	100/100합격	Cross Cut Guide(TaiyuNo.313)2 간격으로 6X6 후 셀로판 Tape 로 박리 시 4B이상	ASTM D 3359
내수성	100/100합격	수돗물 침적 48 Hrs
내산성	100/100합격	5% HCl에 3/4 침적 / 24hrs 후 박리, 부풀림 없을 것	KS M ISO 2812 - 1
내알칼리성	100/100합격	5% Na₂CO₃에 3/4 침적 / 24hrs 후 박이, 부풀림 없을 것	KS M ISO 2812 - 1
내비등수성	-	98℃±2 / 1 hrs
내충격성	100/100합격	500g / 30cm
내염수분무성	-	5% NaCl Spray / 72hrs 이상 시 발청에 문제 없을 것	KS D 6711

따라서, [표 4]에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물로 형성된 방열판용 전착 도막은 각종 전자제품 등의 방열판이 내식성, 내후성 및 열방사율이 증가되고, 이로 인해 각종 전자제품의 에너지 효율증대 및 절약이 가능하며, 전자제품의 사용수명의 연장을 통해 불필요한 비용의 낭비와 환경오염 방지가 가능한 것은 자명한 것이다.

이상에서는 본 발명을 하나의 실시예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 기술사상 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

Claims

수용성 아크릴 10~40중량%, 우레탄 30~40중량%, 암모늄염 수용액에 알루미늄 전구체 5~15중량%와 실란의 중합을 통해 얻어진 실라놀 화합물 10~30중량%을 용해한 혼합물 10~20중량%, 고분산된 나노 세라믹 미립분말의 조성물 10중량%와 여분의 증류수를 혼합하여 전체 100중량%가 되도록 혼합조성된 것을 특징으로 하는 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 실라놀 화합물은 중합 이후에 남아있는 유기 작용기를 티탄, 지르코늄 중 어느 하나의 금속 전구체로 치환한 것 또는 티탄, 지르코늄 중 적어도 어느 하나 이상의 금속전구체를 혼합한 것을 특징으로 하는 방열판 피복용 수용성 나노 세라믹 방열코팅 조성물.
삭제