KR101683633B1 - Method of Using Liquid Crystal Epoxy Adhesives with High Dispersion Stability and Heat Dissipation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기능성 에폭시계 접착제의 사용 방법을 제공한다. 본 발명은 상온에서 일정한 배향성을 지닌 액정상태의 에폭시수지를 제조하고, 상기 액정상태의 에폭시 수지와 통상의 에폭시 수지를 혼합하여 에폭시수지 혼합물을 얻고, 상기 에폭시 수지 혼합물에 그라펜 나노 플레이트를 첨가하여 배합시켜서 액정 에폭시 접착제 조성물을 완성한다. 상기 액정 에폭시 접착제 조성물은 열전도 특성이 매우 높은 그라펜 나노 플레이트를 혼합하여 포함하고 있지만, 상온에서 상기 액정상태의 에폭시 성분이 안정된 상태를 유지하고 있으므로, 첨가제로서의 그라펜 나노 플레이트가 상분리를 일으키거나 침전되지 않고, 액정 에폭시 매트릭스의 내부에서 안정된 상태를 그래도 유지하게 된다. 따라서, 본 발명은 종래의 접착제들과는 달리, 상온에서도 안정된 보관상태를 유지할 수 있고, 전열특성이 양호한 장점이 있는 것이다. The present invention provides a method of using a functional epoxy adhesive. In the present invention, an epoxy resin having a liquid crystal state having a uniform orientation at room temperature is prepared, an epoxy resin mixture is obtained by mixing the epoxy resin in the liquid crystal state with a normal epoxy resin, and a graphene nanoplate is added to the epoxy resin mixture To prepare a liquid crystal epoxy adhesive composition. Although the liquid epoxy epoxy adhesive composition contains a mixture of graphene nanoplate having a very high thermal conductivity property, since the epoxy component in the liquid crystal state remains at a stable state at room temperature, the graphene nanoplate as an additive causes phase separation, And still maintains a stable state inside the liquid crystal epoxy matrix. Therefore, unlike conventional adhesives, the present invention is capable of maintaining a stable storage state even at room temperature, and has an advantage of good heat transfer characteristics.
Description
본 발명은 전자 제품들의 조립에 사용하는 기능성 에폭시계 접착제의 사용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그라펜 나노 플레이트를 첨가하여 상온에서 안정된 상태로 보관할 수 있고, 전자제품의 부품에 접착제로 사용하고자 할 경우에는 경화반응을 진행함과 동시에 그라펜 나노 플레이트를 순간적으로 재배치함으로써 전자 부품의 방열 특성을 향상시킬 수 있는 기능성 에폭시계 접착제의 사용 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of using a functional epoxy adhesive for use in assembling electronic products, and more particularly, to a method of using a functional epoxy adhesive in which a graphene nanoplate is added and stored in a stable state at room temperature, The present invention relates to a method of using a functional epoxy adhesive capable of improving the heat dissipation characteristics of an electronic component by instantaneously rearranging the graphene nanoplate while proceeding a curing reaction.
오늘날 접착제는 다양한 분야에서 서로 다른 부품들을 상호간에 결합시켜 사용하는데 활용되고 있다. 접착제는 볼트와 너트를 이용한 조립이나 납땜을 이용한 접합에 비하여 간편하고, 경량화와 환경 안전 측면에서 유리하기 때문에, 그 사용량이 증가하고 있다.Today, adhesives are being used to combine different parts in various fields. Compared to the assembly using bolts and nuts or the bonding using solder, the adhesive is advantageous in terms of simplicity, weight saving and environmental safety, and therefore the amount of adhesive is increasing.
전자제품의 경우에, 접착제에는 접착 기능 이외에 전기 전도성을 부여할 필요성이 있다. 납땜을 대신한 전기 전도성 접착제의 경우 접착 기능을 구현하는 에폭시 수지에 플레이크 형태의 은 미립자를 첨가하여 전기 전도성을 부여한다. 이러한 전기 전도성을 얻기 위해서는, 은 미립자들이 서로 연결되거나 서로 접촉되어 전류를 통할 수 있을 정도로 다량의 은 성분 미립자를 투입하는 것이 필요하다. In the case of electronic products, it is necessary to impart electrical conductivity to the adhesive in addition to the adhesive function. In the case of an electrically conductive adhesive substituting for soldering, a silver microparticle in the form of flake is added to an epoxy resin that realizes an adhesive function to impart electrical conductivity. In order to obtain such electrical conductivity, it is necessary to inject silver fine particles as large as possible so that the silver fine particles are connected to each other or brought into contact with each other to allow current to pass therethrough.
또한, 전자 제품의 작동 중에는 필연적으로 열을 발생시키는 경우가 많고, 발생된 열을 외부로 방출시키는 기술이 요구된다. 오늘날 전자제품의 소형화 추세에 따라, 작동 중 발생하는 열을 효과적으로 확산시켜 제거하기 위하여, 접착제에 높은 열 전도성을 요구하고 있다. 예컨대, 전자제품 제조시 반도체 칩을 부착하는 데 사용하는 접착제의 경우 높은 열전도성을 가지는 것이 바람직하여, 열전도성이 양호한 미립자 형상의 은, 카본 블랙, 또는 금속 합금을 첨가한 접착제를 개발하고 있다. 그러나, 유기 고분자에 분산된 무기 또는 금속 미립자들의 충전제들은 일반적으로 전자와 양전자의 이동이 수월하지 못하고 계면 저항이 높은 것으로 인식되고 있다. Further, in many cases, heat is inevitably generated during the operation of the electronic product, and a technique for releasing the generated heat to the outside is required. Today, with the miniaturization trend of electronic products, high thermal conductivity is required for the adhesive in order to effectively diffuse and remove heat generated during operation. For example, in the case of an adhesive used for attaching a semiconductor chip in the manufacture of electronic products, it is preferable that the adhesive has a high thermal conductivity, and an adhesive containing fine silver, carbon black, or a metal alloy having good thermal conductivity has been developed. However, fillers of inorganic or metallic fine particles dispersed in an organic polymer are generally recognized as having high interface resistance because of difficulty in transferring electrons and positrons.
한편, 기존의 LED 패키징 소재용 접착제로는 실리콘계와 에폭시계 수지가 일반적이지만, 대부분 방열특성이 낮고, 이로 인해 제품의 수명이 길지 못하다. On the other hand, silicone and epoxy resin are generally used as adhesives for conventional LED packaging materials, but most of them have low heat dissipation characteristics and therefore do not have a long service life.
오늘날, 이러한 방열특성을 향상시키기 위한 방안으로 열전도성이 우수한 금속 및 무기물 분말, 카본블랙 등 다양한 형태의 첨가제를 접착제 용액에 분산시켜서 사용하는 방법을 선택하고 있다. Today, as a method for improving such heat dissipation properties, a method of dispersing various additives such as metal and inorganic powder and carbon black, which are excellent in thermal conductivity, in an adhesive solution is selected.
그러나, 금속 및 무기물 분말 또는 카본블랙을 첨가할 경우, 접착제 용액과의 비중 차이로 인하여, 상기 금속 등의 첨가제가 점차 분리되어 침전되어지므로, 장기간 보관할 수 없게 되고, 곧바로 사용하지 않는 한, 접착제로서 사용하기 곤란한 상황을 맞이하게 된다. 이러한 점들을 고려하여, 접착제를 사용하고자 할 때 마다 별도의 작업을 수행해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 접착제의 경화 후 필러의 분산상태도 균일하지 못하여 방열성능이 낮은 수준에 머물러 있고, 필러의 영향에 의해 접착제로서의 물리적 성질도 만족스럽지 못한 경우가 많다. 한편, 방열성능만을 고려하여 필러의 함량을 높게 책정하여 첨가량을 많게 하면, 접착력이 현저히 나빠지는 문제가 발생되고 있다. However, when a metal or an inorganic powder or carbon black is added, the additive such as the metal gradually diffuses and precipitates due to the difference in specific gravity with respect to the adhesive solution, so that it can not be stored for a long period of time. The situation becomes difficult to use. Considering these points, there is a need to perform a separate operation every time the adhesive is used. In addition, the dispersion state of the filler after the curing of the adhesive is not uniform, so that the heat radiation performance remains at a low level, and the physical properties as an adhesive are often unsatisfactory due to the influence of the filler. On the other hand, if the content of the filler is increased to increase the amount of the filler only considering the heat radiation performance, there is a problem that the adhesive force is considerably deteriorated.
이와 같이, 오늘날 일반적으로 이용되고 있는 첨가제의 혼합에 의한 접착제의 성능 개선방법은 접착제의 보관시 비중에 의한 분리현상 및 침전이 발생하게 되고, 필러의 과량 함유로 인한 접착성능의 저하를 가져오게 되는 단점이 존재하는 점을 부인할 수 없다. As described above, the method of improving the performance of the adhesive by mixing the additive generally used today has the problem that separation and precipitation occur due to the specific gravity during storage of the adhesive, and deterioration of the adhesive performance due to excessive content of the filler It can not be denied that there are disadvantages.
본 발명은, 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그라펜 나노 플레이트를 첨가하여 상온에서 안정된 상태로 보관할 수 있고, 전자제품의 부품에 접착제로 사용하고자 할 경우에는 경화반응을 진행함과 동시에 그라펜 나노 플레이트를 순간적으로 재배치함으로써 전자 부품의 방열 특성을 향상시킬 수 있는 기능성 에폭시계 접착제의 사용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve all the problems of the prior art, and a graphene nanoplate can be added and stored in a stable state at room temperature. In the case where it is used as an adhesive for a component of an electronic product, And an object of the present invention is to provide a method of using a functional epoxy adhesive capable of instantaneously rearranging a graphen nanoplate to improve heat dissipation properties of electronic components.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 상온에서 일정한 배향성을 지닌 액정상태의 에폭시수지를 제조하고, 상기 액정상태의 에폭시 수지와 통상의 에폭시 수지를 혼합하여 에폭시수지 혼합물을 얻고, 상기 에폭시 수지 혼합물에 그라펜 나노 플레이트를 첨가하여 배합시켜서 액정 에폭시 접착제 조성물을 완성한다. 상기 액정 에폭시 접착제 조성물은 열전도 특성이 매우 높은 그라펜 나노 플레이트를 혼합하여 포함하고 있지만, 상온에서 상기 액정상태의 에폭시 성분이 안정된 상태를 유지하고 있으므로, 첨가제로서의 그라펜 나노 플레이트가 상분리를 일으키거나 침전되지 않고, 액정 에폭시 매트릭스의 내부에서 안정된 상태를 그래도 유지하게 된다. 따라서, 본 발명은 종래의 접착제들과는 달리, 상온에서도 안정된 보관상태를 유지할 수 있는 장점이 있는 것이다. In order to achieve the above object, the present invention provides an epoxy resin composition comprising a liquid crystal epoxy resin having a uniform orientation at room temperature, mixing the liquid epoxy resin with a conventional epoxy resin to obtain an epoxy resin mixture, And the graphene nano plate is added thereto to prepare a liquid crystal epoxy adhesive composition. Although the liquid epoxy epoxy adhesive composition contains a mixture of graphene nanoplate having a very high thermal conductivity property, since the epoxy component in the liquid crystal state remains at a stable state at room temperature, the graphene nanoplate as an additive causes phase separation, And still maintains a stable state inside the liquid crystal epoxy matrix. Therefore, unlike conventional adhesives, the present invention is advantageous in that a stable storage state can be maintained even at room temperature.
한편, 본 발명은 보관된 에폭시수지 접착제를 전자제품의 부품들을 접합시키기 위하여, 부품의 표면에 도포하거나 또는 부품과 부품 사이에 집어넣은 다음, 경화시키기 위하여 열을 가하게 되는데, 이 과정에서 상기 에폭시수지 접착제의 내부에서 분자들의 오더-디스오더 전이현상(order-disorder transfer)이 일어나게 되고, 곧바로 에폭시접착제의 내부 액정구조가 와해된 상태로 경화가 진행된다. 이때, 상기 액정구조가 와해되는 결과, 상기 그라펜 나노 플레이트들의 배치구조가 흐트려지게 되고, 이로 인하여 상기 그라펜 나노 플레이트들 간에 서로 접촉이 일어나면서 열전도성이 우수한 그라펜 나노 플레이트의 네트워크 구조가 형성되어지며, 그러한 상태로 경화 반응이 완결되어지게 되는 것이다. On the other hand, in the present invention, the stored epoxy resin adhesive is applied to the surface of the component or inserted between the components and parts to bond the parts of the electronic product, and then heat is applied to cure the epoxy resin adhesive, Order-disorder transfer of molecules occurs in the interior of the adhesive, and curing proceeds in a state where the internal liquid crystal structure of the epoxy adhesive is broken. At this time, as a result of the liquid crystal structure being broken, the arrangement structure of the graphene nanoplates is disturbed, and thereby the graphene nanoplate has a network structure of excellent thermal conductivity due to contact between the graphene nanoplates And the curing reaction is completed in such a state.
결과적으로, 본 발명에 의한 기능성 에폭시 접착제 조성물은, 상온에서 상기 그라펜 나노 플레이트가 안정한 액정상태의 에폭시수지 매트릭스 내에 질서정연하게 배치된 상태를 유지함으로써, 보관안정성을 가지고 있는 반면에, 전자제품의 부품에 사용시에는 상기 액정 에폭시수지가 견고한 접착력을 발현하게 되고, 상기 그라펜 나노 플레이트는 에폭시 수지의 경화반응과 동시에 네트워크화된 구조를 형성하게 됨으로써 뛰어난 방열성능을 발휘하게 되는 것이다. As a result, the functional epoxy adhesive composition according to the present invention has a storage stability by keeping the graphene nanoplate in an orderly arrangement in a stable liquid crystalline epoxy resin matrix at room temperature, The liquid epoxy resin exhibits a strong adhesive force when used for parts, and the graphene nanoplate forms a networked structure at the same time as the curing reaction of the epoxy resin, thereby exhibiting excellent heat radiation performance.
본 발명에 의한 기능성 에폭시계 접착제는, 상온에서 필러의 침전이나 분리현상을 일으키지 않으므로, 안정된 보관특성을 발휘하게 되는 장점이 있다. The functional epoxy adhesive according to the present invention does not cause sedimentation or separation of the filler at room temperature, and thus has the advantage of exhibiting stable storage characteristics.
또한, 본 발명에 의한 기능성 에폭시계 접착제는, 사용시에 에폭시 수지의 경화반응과 더불어 필러의 배열위치가 흐트려지게 되고, 이로 인하여 필러의 상호간의 접촉연결현상(percolation)이 발생됨으로써, 접착제의 전열 특성 내지 방열 특성이 향상되는 장점이 있는 것이다. Further, in the functional epoxy adhesive according to the present invention, the arrangement position of the filler is disturbed along with the curing reaction of the epoxy resin during use, which causes percolation of the fillers, The characteristics and the heat dissipation characteristics are improved.
또한, 본 발명에 의한 기능성 에폭시계 접착제는, 에폭시 접착제의 경화반응시 순간적인 분자들의 오더-디스오더 전이현상(order-disorder transition)을 이용하여 필러의 재배치 현상을 가져오게 되고, 이러한 필러의 재배치에 의한 상호간의 접촉연결현상을 이용하므로, 보다 적은 양의 필러를 사용하면서도 양호한 전열특성을 얻을 수 있는 반면에, 적은 양의 필러를 사용하므로, 접착제의 접착성능을 해치지 않게 되는 장점도 있다. In addition, the functional epoxy adhesive according to the present invention causes rearrangement of the filler by using order-disorder transitions of molecules instantaneously during the curing reaction of the epoxy adhesive, It is possible to obtain a good heat transfer characteristic while using a smaller amount of filler, while using a small amount of filler, the adhesive performance of the adhesive is not deteriorated.
도 1은 본 발명의 액정 에폭시수지로서 적합한 바이페닐 타입의 에폭시수지의 화학구조식의 예시이고,
도 2는 본 발명의 액정 에폭시수지로서 적합한 바이사이클로헥실 타입의 에폭시수지의 화학구조식의 예시이며,
도 3은 본 발명의 액정 에폭시수지의 신터링 반응에 의한 오더-디스오더 전이현상을 도면상으로 설명해주는 개념도이고,
도 4는 통상적인 에폭시 수지와 본 발명의 액정 에폭시수지 혼합물에 관한 열적 반응을 관찰한 결과를 나타낸 도표이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is an illustration of a chemical structural formula of a biphenyl type epoxy resin suitable as a liquid crystal epoxy resin of the present invention,
2 is an example of a chemical structural formula of a bicyclohexyl type epoxy resin suitable as the liquid crystal epoxy resin of the present invention,
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the order-disorder transition phenomenon by the sintering reaction of the liquid crystal epoxy resin of the present invention, and FIG.
4 is a chart showing a result of observing a thermal reaction with a conventional epoxy resin and a liquid crystal epoxy resin mixture of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 좀더 구체적으로 설명한다. 다만, 첨부된 실시예는 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 기술사상이 이에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변형이 가능함을 미리 밝혀둔다. 또한, 본 발명의 명세서에 있어서, 이 기술분야에서 공지된 것으로서 통상의 기술을 가진 자에 의해 용이하게 창작될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail. It should be understood, however, that the embodiments of the present invention are to be considered in all aspects as illustrative and not restrictive, and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Further, in the specification of the present invention, a detailed description will be omitted of parts that are well known in the technical field and can be easily created by a person having ordinary skill in the art.
본 발명은 상온에서 액정상태를 유지할 수 있는 에폭시수지(이하, '액정 에폭시수지'로 약칭하여 사용하기로 한다)를 제조하고, 상기 액정 에폭시수지를 통상의 에폭시수지와 혼합하여 액정 에폭시수지 혼합물을 얻는다. In the present invention, an epoxy resin capable of maintaining a liquid crystal state at room temperature (hereinafter, abbreviated as "liquid crystal epoxy resin") is prepared, and the liquid epoxy resin is mixed with a normal epoxy resin to form a liquid crystal epoxy resin mixture .
본 발명은 상기 액정 에폭시수지를 접착제 성분의 하나로 선정하여 사용하는 점에 기술적인 특징이 있다. 상기 액정 에폭시수지는, 전열특성이 양호한 필러를 혼합하여 에폭시수지의 매트릭스 내부에 포함하고 있을 경우, 상기 필러가 에폭시수지의 매트릭스 내부의 안정된 액정에 의해 원래의 위치를 그대로 유지시켜줌으로써, 상기 필러가 비중의 차이로 인하여, 에폭시수지에 혼합된 이후 시간이 경과될 경우에도, 매트릭스 내부에서 분리되어 점차적으로 침전되는 현상을 방지해주기 때문이다. The present invention has a technical feature in that the liquid crystal epoxy resin is selected as one of the adhesive components. When the liquid crystal epoxy resin is mixed with a filler having a good heat transfer property and contained in the matrix of the epoxy resin, the filler maintains its original position by the stable liquid crystal inside the matrix of the epoxy resin, This is because, due to the difference in specific gravity, even when the time elapses after mixing with the epoxy resin, it is prevented from being gradually separated from the inside of the matrix.
본 발명은 상기 액정 에폭시수지로서 바이페닐 타입 또는 바이사이클로헥실 타입의 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바이페닐 타입으로서는 에폭시 분자의 내부 중앙부위에 2개의 페닐기를 가지고 있고, 그 양쪽 끝단에 에폭시기를 가지고 있는 것을 의미한다. 또한, 상기 바이사이클로헥실 타입으로서는 에폭시 분자의 내부 중앙부위에 2개의 사이클로헥실기를 가지고 있고, 그 양쪽 끝단에 에폭시기를 가지고 있는 것을 의미한다. In the present invention, it is preferable to use an epoxy resin of biphenyl type or bicyclohexyl type as the liquid crystal epoxy resin. The biphenyl type has two phenyl groups in the center portion of the epoxy molecule and has epoxy groups at both ends thereof. As the bicyclohexyl type, it is meant that the bicyclohexyl type has two cyclohexyl groups at the inner central portion of the epoxy molecule and has an epoxy group at both ends thereof.
본 발명은 상기 액정 에폭시수지를 제조하기 위하여, 다음과 같은 방식으로 진행하는 것이 바람직하다. 먼저 에폭시화 시킬 수 있는 작용기를 포함한 결정성 Glycol과 Epichlorohydrin을 몰비로 1 : 1로 반응시켜 액정 에폭시수지 모노머를 제조한다. 이때 사용하는 결정성 Glycol은 4,4-Dihydroxybiphenyl, 4,4-(9-Fluorenylidene)bis(2-phenoxyethanol), 4,4-Dihydroxybicyclohexane, 4,4-(9-Fluorenylidene)diphenol 또는 이들의 혼합물을 포함하여 사용하며, Glycidyl화를 위하여 Epichlorohydrin을 사용하는 것이 바람직하다. The present invention is preferably carried out in the following manner in order to produce the liquid crystal epoxy resin. First, a crystalline epoxy resin monomer containing glycols and epichlorohydrin is reacted at a molar ratio of 1: 1 to prepare a liquid crystal epoxy resin monomer. The crystalline Glycol used herein is a mixture of 4,4-dihydroxybiphenyl, 4,4- (9-Fluorenylidene) bis (2-phenoxyethanol), 4,4-Dihydroxybicyclohexane, It is preferable to use Epichlorohydrin for glycidylation.
Epichlorohydrin과 반응시킨 결정성 Glycol에 NaOH 수용액을 작용시킨 후 생성된 염을 제거하고 투명 용액상의 액정에폭시수지 모노머를 제조한다. 이때 사용하는 가성소다는 Glycidyl 구조를 만들기 위해 사용되며 KOH 및 알카리 수용액을 사용할 수 있다. The crystalline Glycol reacted with epichlorohydrin is reacted with NaOH aqueous solution and the resulting salt is removed to prepare a liquid crystal epoxy resin monomer in a transparent solution. The caustic soda used here is used to make the glycidyl structure and KOH and aqueous alkaline solutions can be used.
도 1은 본 발명의 액정 에폭시수지로서 적합한 바이페닐 타입의 에폭시수지의 화학구조식의 예시이고, BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is an illustration of a chemical structural formula of a biphenyl type epoxy resin suitable as a liquid crystal epoxy resin of the present invention,
도 2는 본 발명의 액정 에폭시수지로서 적합한 바이사이클로헥실 타입의 에폭시수지의 화학구조식의 예시이다. Fig. 2 is an illustration of a chemical structural formula of a bicyclohexyl type epoxy resin suitable as the liquid crystal epoxy resin of the present invention.
본 발명은 상기 액정 에폭시수지와 통상의 에폭시 수지를 중량비로 5 중량% ~ 15 중량% : 95 중량% ~ 85 중량% 의 비율로 혼합하여 액정 에폭시 혼합물을 제조한다. 통상의 에폭시수지는 반응기로서 에폭시기를 포함하고 있는 것으로서, 이 기술분야에서 통상적으로 사용될 수 있는 에폭시 제품을 사용할 수 있다. 상기 액정 에폭시수지가 5 중량% 이하로 포함되어 있을 경우에는 경화과정에서 오더-디스오더 전이현상이 미약하므로 바람직스럽지 못하고, 15 중량% 이상으로 포함되어 있을 경우에는 필러의 균일한 혼합에 방해를 일으키게 되므로 바람직스럽지 못하다. 좀더 바람직하기로는 상기 액정 에폭시수지를 7 중량% ~ 10 중량% 의 범위로 혼합시키는 것이 좋다. In the present invention, a liquid epoxy mixture is prepared by mixing the liquid epoxy resin and the conventional epoxy resin in a weight ratio of 5 wt% to 15 wt%: 95 wt% to 85 wt%. A conventional epoxy resin contains an epoxy group as a reactor, and an epoxy product which can be commonly used in this technical field can be used. When the liquid epoxy resin is contained in an amount of 5% by weight or less, it is not preferable because the order-disordering transition phenomenon is small in the curing process. If the amount is more than 15% by weight, the uniform mixing of the filler So it is not preferable. More preferably, the liquid epoxy resin is mixed in the range of 7 wt% to 10 wt%.
본 발명은 에폭시 접착제의 방열특성을 향상시키기 위하여, 전열 특성이 양호한 필러를 에폭시수지에 혼합시켜 사용한다. In order to improve the heat dissipation property of the epoxy adhesive, the present invention uses a filler having a good heat transfer property mixed with an epoxy resin.
본 발명은 상기 필러로서 전열 특성이 양호한 그라펜 나노 플레이트(GNP: Graphen Nano Plate)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 그라펜 나노 플레이트는 종래의 전열특성을 가지고 있는 무기입자 또는 금속물질에 비하여 더욱 뛰어난 전열 및 방열 특성을 가지고 있다는 점을 고려한 것이다. 이 점에서, 상기 그라펜 나노 플레이트를 대신하여 전열특성이 양호한 은 또는 금 나노 입자 또는 카본 블랙과 같은 무기질 필러 등을 대신 사용할 수도 있다. In the present invention, it is preferable to use a graphen nano plate (GNP) having good heat transfer characteristics as the filler. The graphene nanoplate is considered to have better heat transfer and heat dissipation characteristics than inorganic particles or metal materials having conventional heat transfer characteristics. In this regard, instead of the graphene nanoplate, silver or gold nanoparticles having good heat transfer characteristics or an inorganic filler such as carbon black may be used instead.
본 발명은 상기 그라펜 나노 플레이트(GNP)를 상기 액정 에폭시 혼합물에 대하여 부피기준 0.1 ~ 5.0 vol% 를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 그라펜 나노 플레이트(GNP)가 부피기준 0.1 vol% 이하일 경우에는 그 함유량이 적어서 상호간의 접촉에 의한 퍼콜레이션 효과가 적게 되어 전열특성이 미약한 반면에, 5.0 vol% 이상일 경우에는 그 함유량에 비례하여 전열특성이 상승하지 않게 되고, 점도가 높아서 사용상 공정에서 사용하기 어려우며, 또한 접착제의 접착성능을 약화시키게 되므로 바람직스럽지 못하다. The present invention preferably includes the graphene nanoplate (GNP) in an amount of 0.1 to 5.0 vol% based on the liquid epoxy mixture. When the content of the graphene nanoplate (GNP) is less than 0.1 vol% by volume, the content of the graphene nanoplate (GNP) is small and the percolation effect due to mutual contact is small and the heat transfer characteristic is weak. On the other hand, So that the heat transfer property is not increased, and the viscosity is high, which makes it difficult to use in the process of use, and also the adhesive performance of the adhesive is weakened, which is not preferable.
본 발명은 상기 그라펜 나노 플레이트(GNP)를 상기 액정 에폭시 혼합물에 첨가하여 제조한 액정 에폭시-필러 혼합물에 대하여 경화제를 몰 비로 1 ~ 2 : 2 ~ 1의 비율로 혼합하여 액정 에폭시계 마스터배치 혼합물을 얻는 것이 바람직하다. 상기 경화제는 이 기술분야에서 에폭시 수지의 경화반응에 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 상기 경화제를 미리 첨가해 둘 경우, 언제나 편리하게 사용할 수 있으므로, 나중에 첨가하는 것 보다 좋지만, 나중에 첨가하는 것을 배제하는 것은 아니다. The present invention relates to a liquid epoxy epoxy-filler mixture prepared by adding the graphene nanoplate (GNP) to the liquid crystal epoxy mixture at a molar ratio of 1: 2: 2 to 1: . The curing agent may be those conventionally used in the curing reaction of an epoxy resin in this technical field. When the above-mentioned curing agent is added in advance, it can be conveniently used at any time, so it is better to add it later, but it is not excluded to add it later.
본 발명은 상기 액정 에폭시계 마스터배치 혼합물을 전자제품의 부품의 표면에 도포하거나 또는 부품과 부품 사이에 투입하고, 열을 가하여 경화반응을 일으켜서 접착시킨다. In the present invention, the above-mentioned liquid crystal epoxy masterbatch mixture is applied to the surface of the parts of the electronic product or put between the parts and the parts, and heat is applied to cause the curing reaction.
본 발명은 상기 에폭시수지를 경화시키는 과정에서, 액정 에폭시수지가 열에 의해 신터링 반응을 일으키는 현상을 이용하여, 상기 필러의 배치구조를 흐트리고, 그 과정에서 상기 필러들이 서로 접촉하여 상호간의 접촉연결현상(percolation)을 일으키도록 유도한다. 액정 에폭시수지의 신터링 반응은 에폭시 분자들의 액정 배열구조가 와해되는 것으로서 오더-디스오더 전이현상(order-disorder transition)을 일으키는 것으로 해석되고 있다. In the process of curing the epoxy resin, the present invention uses a phenomenon in which a liquid-crystalline epoxy resin undergoes a sintering reaction by heat, thereby disturbing the arrangement structure of the filler, and in the process, To induce percolation. The sintering reaction of a liquid crystal epoxy resin is interpreted as causing an order-disorder transition due to the breakdown of the liquid crystal arrangement of epoxy molecules.
도 3은 액정 에폭시수지의 신터링 반응에 의한 오더-디스오더 전이현상을 도면상으로 설명해주는 개념도이다. 일반적으로 상온에서 액정 상태를 유지하고 있는 액정 에폭시수지는 그 분자 구조가 그 중앙의 서로 대칭인 2개의 페놀기 또는 2개의 시클로헥실기에 의하여 비교적 가지런하게 배열되어 있고, 그 사이에 필러가 역시 비교적 가지런하게 배열되어 있다. 이와 같은 상태에서는 상기 필러가 액상의 에폭시수지에서 침전되지 않고 그대로의 위치에 고정되어 있게 된다. 따라서, 본 발명은 상기 필러가 액상의 에폭시수지 내에서 마치 고정되어 있는듯이 존재하게 되므로, 그 보존성이 양호한 특성을 가지게 되는 것이다. Fig. 3 is a conceptual diagram illustrating the order-disorder transition phenomenon caused by the sintering reaction of a liquid crystal epoxy resin. In general, a liquid crystal epoxy resin which maintains a liquid crystal state at room temperature is relatively arranged by two phenol groups or two cyclohexyl groups whose molecular structures are symmetrical to each other at the center thereof, Are arranged in line. In such a state, the filler is fixed at the same position without being precipitated in the liquid epoxy resin. Therefore, in the present invention, since the filler is present in a liquid epoxy resin as if it is fixed, the property of preservation is good.
도 4는 통상적인 에폭시 수지와 본 발명의 액정 에폭시수지 혼합물에 관한 열적 반응을 관찰한 결과를 나타낸 도표이다. 이때, 좌측의 통상적인 에폭시수지는 온도를 점차적으로 올릴 경우에 점도의 변화가 거의 일정하게 낮아지고 있을 뿐이지만, 우측의 액정 에폭시수지 혼합물의 경우에는 온도를 점차적으로 올릴 경우에 대략 55 ℃ 내지 60 ℃의 범위에서 갑자기 점도가 급격하게 낮아지게 됨을 알 수 있다. 이때, 상기 55 ℃ 내지 60 ℃의 범위에서 액정 에폭시수지 혼합물은 상기 오더-디스오더 전이현상(order-disorder transition)을 일으키고 있는 것이다. 4 is a chart showing a result of observing a thermal reaction with a conventional epoxy resin and a liquid crystal epoxy resin mixture of the present invention. At this time, the ordinary epoxy resin on the left side only has a substantially constant change in viscosity when the temperature is gradually increased, but in the case of the liquid epoxy epoxy resin mixture on the right side, the temperature is gradually raised to about 55 to 60 Lt; 0 > C, the viscosity suddenly decreases. At this time, the liquid crystal epoxy resin mixture in the range of 55 ° C to 60 ° C causes the order-disorder transition.
본 발명은 상기 액정 에폭시수지 혼합물이 오더-디스오더 전이현상(order-disorder transition)을 일으키는 과정에서 열경화반응을 일으키게 되고, 그 과정에서 상기 필러의 재배치 현상을 일으키게 되고, 그 과정에서 상기 필러 상호간에 서로 부딪히고 접촉하게 됨으로써 상호간의 접촉연결현상(percolation)을 일으키게 되는 것이다. 상기 필러가 서로 접촉되어 연결되어지면, 상기 액정 에폭시수지의 내부에서는 상기 필러의 네트워크 결합이 형성되어지게 된다. 상기 필러가 네트워트를 형성하게 되면, 고온의 열은 액정 에폭시수지의 매트릭스를 통하여 전열되는 것보다 훨씬 수월하게, 상기 필러의 네트워크를 통하여 외부로 전달되어지게 되는 것이다. In the present invention, the liquid crystal epoxy resin mixture causes a thermosetting reaction in order to cause an order-disorder transition. In the process, the filler is rearranged, So that percolation of each other occurs. When the fillers are brought into contact with each other, network coupling of the filler is formed inside the liquid crystal epoxy resin. When the filler forms a network, the heat of the high temperature is transmitted to the outside through the network of the filler much more easily than it is transferred through the matrix of the liquid crystal epoxy resin.
본 발명은 상기 액정 에폭시수지 혼합물이 오더-디스오더 전이현상(order-disorder transition)을 일으키고, 그 결과 상기 필러는 상호간에 접촉되어 네트워크 구조물을 형성하게 되는 과정에서, 상기 에폭시수지 혼합물은 경화반응을 일으키게 되므로, 에폭시수지는 전자제품의 부품의 표면에서 또는 부품과 부품 사이에서 접착성능을 발현하게 된다. The present invention is characterized in that the liquid epoxy resin mixture causes an order-disorder transition so that the fillers are in contact with each other to form a network structure, So that the epoxy resin exhibits adhesion performance on the surface of the component of the electronic product or between the component and the component.
이와 같이, 본 발명은 액정 에폭시수지의 열경화 반응 과정에서 액정 에폭시수지의 오더-디스오더 전이현상(order-disorder transition)을 상기 필러의 상호간의 접촉연결현상(percolation)으로 접목시킨 점에 그 기술적 사상이 존재하는 것이라고 할 수 있다. As described above, the present invention relates to the fact that the order-disorder transition of the liquid crystal epoxy resin during the thermosetting reaction of the liquid crystal epoxy resin is combined with the percolation of the fillers, It can be said that ideas exist.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
<< 실시예 1: 액정 에폭시수지 제조>> ≪ Example 1: Production of liquid crystal epoxy resin >
환류냉각기가 장착된 4구 플라스크에 85.0g의 Epichlorohydrin과 10.0g의 Dihydroxybiphenyl 및 0.373g의 Benzyltrimethylammonium bromide를 넣고 질소분위기하에서 120℃로 40분간 환류반응을 진행하여 투명 용액상의 결과물을 얻었다. 여기에 15%농도의 NaOH 수용액 28.6ml를 가하여 액정 에폭시수지(BPE) 제조하고, 잔류하는 Epichlorohydrin은 물과 메탄올로 수회 수세하여 제거한다. 투명 용액상의 결과물을 건조하여 얻어진 수지(BPE)의 당량은 169이다.85.0 g of epichlorohydrin, 10.0 g of dihydroxybiphenyl and 0.373 g of benzyltrimethylammonium bromide were placed in a four-necked flask equipped with a reflux condenser and refluxed at 120 ° C. for 40 minutes under a nitrogen atmosphere to obtain a transparent solution. A liquid epoxy resin (BPE) is prepared by adding 28.6 ml of a 15% NaOH aqueous solution and the remaining Epichlorohydrin is removed by washing with water and methanol several times. The equivalent amount of the resin (BPE) obtained by drying the resultant product in the transparent solution phase was 169.
<< 실시예 2: 그라펜 나노 플레이트 필러의 제조>> << Example 2: Preparation of graphene nanoplate filler >>
전열특성이 양호한 그라펜 나노 플레이트를 제조하여 사용하기 위하여 팽창흑연을 가공한다. 그라펜 나노 플레이트는 마이크로웨이브 오븐 안에서 팽창흑연의 박리에 의해 제조한다. 이를 위하여, 질소분위기하에서 0.5g의 팽창흑연에 30초간 마이크로웨이브를 조사하여 제조하면 박리가 일어난다. 얇은 층의 그라펜 나노 플레이트(GNP)를 얻기 위하여, 박리된 팽창 흑연을 THF 용액에 분산시키고, 12시간 동안 초음파를 조사한다. 이후, 상기 그라펜 나노 플레이트(GNP)를 포함한 GNP 용액을 얻게 된다. 상기 THF는 감압하여 완전히 제거한다. Expansion graphite is processed to manufacture and use graphene nanoplate with good heat transfer characteristics. The graphene nanoplate is produced by the exfoliation of expanded graphite in a microwave oven. For this, peeling occurs when 0.5 g of expanded graphite is irradiated with microwaves for 30 seconds under a nitrogen atmosphere. To obtain a thin layer of graphene nanoplate (GNP), the exfoliated expanded graphite is dispersed in THF solution and irradiated with ultrasonic waves for 12 hours. Thereafter, a GNP solution containing the graphene nanoparticles (GNP) is obtained. The THF is depressurized and removed completely.
<< 실시예 3: 액정 에폭시수지 접착제 조성물의 제조>> << Example 3: Preparation of liquid crystal epoxy resin adhesive composition >>
상기 실시예 1에 의한 액정에폭시 수지 10 g을 얻고, 시중에서 구입한 에폭시 수지 제품(제품명: Dicell) 90 g을 칭량하여, 이들을 서로 혼합하여 액정 에폭시 혼합물 100g을 얻는다. 10 g of the liquid crystal epoxy resin according to Example 1 was obtained, and 90 g of a commercially available epoxy resin product (product name: Dicell) was weighed and mixed with each other to obtain 100 g of a liquid crystal epoxy mixture.
상기 액정 에폭시 혼합물을 상기 실시예 2에서 얻은 GNP 용액에 첨가시키고, 액정 에폭시수지 혼합물에 GNP가 배합된 농축물을 얻는다. 상기 GNP가 배합된 농축물 100 g에 대하여 경화제인 HMPA(Hexahydro-4-methyl phthalic anhydride)를 58 g 칭량하여 첨가하고, 60℃에서 5분간 교반하여 균일하게 혼합시켜서, 마스터배치 혼합물을 얻는다. 이것을 실온까지 냉각시키고 보관한다. The liquid epoxy mixture was added to the GNP solution obtained in Example 2 to obtain a concentrate containing GNP in the liquid crystal epoxy resin mixture. 58 g of Hexahydro-4-methyl phthalic anhydride (HMPA) as a curing agent is weighed and added to 100 g of the GNP-containing concentrate, and the mixture is homogeneously mixed at 60 DEG C for 5 minutes to obtain a master batch mixture. It is cooled to room temperature and stored.
<< 실시예 4: 액정 에폭시수지 접착제 조성물의 사용 >> << Example 4: Use of a liquid crystal epoxy resin adhesive composition >>
상기 실시예 3에 의하여 제조하고 3일 경과된 마스터배치 혼합물 150g을 취하고, Dimethylphenylamine catalyst 1.5 g을 넣고, LED 패키징 제품의 표면에 도포하였다. 상기 LED 패키징 제품을 오븐에 넣고, 150℃에서 2시간 동안 경화를 시켰다. 150 g of the masterbatch mixture prepared in Example 3 and elapsed 3 days was taken and 1.5 g of dimethylphenylamine catalyst was added to the surface of the LED packaging product. The LED packaging product was placed in an oven and cured at 150 ° C for 2 hours.
이상에서 본 발명에 의한 기능성 에폭시계 접착제의 사용 방법을 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다. Although the method of using the functional epoxy adhesive according to the present invention has been described in detail, it should be understood that the present invention is not limited thereto, The range is determined and limited.
또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
Claims (2)
상기 액정 에폭시 혼합물 100 vol% 에 대하여 그라펜 나노 플레이트 0.1 vol % ~ 5.0 vol% 를 첨가하여 액정 에폭시-필러 혼합물을 제조하는 단계와;
상기 액정 에폭시-필러 혼합물에 대하여 경화제를 몰 비로 0.5 ~ 1.0 : 1.0 ~ 0.5 의 비율로 혼합하여 액정 에폭시계 마스터배치 혼합물을 제조하는 액정 에폭시-필러 혼합물의 제조단계와;
상기 액정 에폭시계 마스터배치 혼합물을 가열하여, 에폭시수지를 경화시키는 단계;로 구성된 에폭시계 접착제의 사용방법에 있어서,
상온에 있어서는, 상기 그라펜 나노 플레이트가, 상기 액정 에폭시-필러 혼합물의 제조단계를 거친 이후에도, 상기 액정 에폭시계 마스터배치 혼합물의 액정 에폭시수지의 안정된 액정에 의해 원래의 위치에서 그대로 유지되어지고, 이로 인하여 상기 그라펜 나노 플레이트가, 시간이 경과될 경우에도, 상기 액정 에폭시계 마스터배치 혼합물의 매트릭스 내부에서 분리되어 침전되지 않음으로써, 보관성을 향상시켜주는 반면에,
상기 에폭시수지의 경화단계에서는, 상기 액정 에폭시계 마스터배치 혼합물을 가열하여 55 ℃ 내지 60 ℃의 범위에서 신터링 반응을 일으키도록 하고, 이를 통하여 상기 액정 에폭시-필러 혼합물 내에 존재하는 상기 그라펜 나노 플레이트의 배치구조가 오더-디스오더 전이현상(order-disorder transition)을 일으키도록 유도하며, 그 결과 상기 그라펜 나노 플레이트들이 서로 접촉하여 상호간의 접촉연결현상(percolation)을 일으키도록 유도함으로써, 열전도성을 향상시켜 주도록 하는 것을 특징으로 한, 에폭시계 접착제의 사용방법.
Weighing 5 wt% to 15 wt% of a liquid crystal epoxy resin and 95 wt% to 85 wt% of an epoxy resin not containing a liquid crystal epoxy resin, and mixing them to prepare a liquid crystal epoxy mixture;
Preparing a liquid crystal epoxy-filler mixture by adding from 0.1 vol% to 5.0 vol% of a graphene nanoplate to 100 vol% of the liquid crystal epoxy mixture;
Preparing a liquid crystal epoxy-filler mixture to prepare a liquid crystal epoxy master batch mixture by mixing the liquid crystal epoxy-filler mixture with a curing agent in a molar ratio of 0.5 to 1.0: 1.0 to 0.5;
And heating the liquid crystal epoxy masterbatch mixture to cure the epoxy resin, the method comprising:
At room temperature, the graphene nanoplate is maintained at its original position by the stable liquid crystal of the liquid crystal epoxy resin of the liquid crystal epoxy master batch mixture even after the step of producing the liquid crystal epoxy-filler mixture, The graphene nanoparticle is not separated and precipitated in the matrix of the liquid crystal epoxy masterbatch mixture even if the time elapses to improve the storage property,
In the curing step of the epoxy resin, the liquid epoxy epoxy master batch mixture is heated to cause a sintering reaction in a range of 55 ° C to 60 ° C, whereby the graphene nano plate present in the liquid crystal epoxy- To induce an order-disorder transition, so that the graphene nanolayers are brought into contact with each other to cause percolation of each other, thereby increasing the thermal conductivity By weight based on the weight of the epoxy-based adhesive.
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