KR102076966B1 - 고방열 복합체 조성물, 그를 이용한 고방열 복합체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

고방열 복합체 조성물, 그를 이용한 고방열 복합체 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고방열 복합체 조성물, 그를 이용한 고방열 복합체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 카본 하이브리드 필러의 함량과 분산성을 향상시켜 고방열 특성을 구현하기 위한 것이다. 본 발명은 열가소성 수지 분말과, 열가소성 수지 분말의 입자 표면에 부착되며 아민계 폴리머로 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말을 포함하는 고방열 복합체 조성물, 그를 이용하여 제조한 고방열 복합체 및 그의 제조 방법을 제공한다.

Description

고방열 복합체 조성물, 그를 이용한 고방열 복합체 및 그의 제조 방법{High heat-dissipating composite composition, high heat-dissipating composite and method for manufacturing the same}
본 발명은 방열 복합체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말과 열가소성 수지 분말이 복합되어 고방열 특성을 발현하는 고방열 복합체 조성물, 그를 이용한 고방열 복합체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
전기ㅇ전자소자는 고성능, 소형화, 경량화, 고효율화를 지향하고 있으며, 이에 따라 소자 작동 시에 발생하는 발열 문제가 대두되고 있다. 발생되는 열은 소자의 품질에 문제를 일으킬 뿐만 아니라, 제품의 고장, 신뢰성 및 수명을 단축시키는 주요한 요소로 고려되고 있다.
이러한 방열 문제를 해결하기 위한 접근 방법으로는 높은 열전도계수를 갖는 열매개체를 이용하여 열이 방열부까지 원활하게 전달 되도록 하는 방법, 방열면적확대 방법, 대류효과를 이용하는 방법, 접촉 열저항을 낮추는 방법 등이 있다. 이 중 접촉 열저항을 줄이기 위한 제품들을 TIM(Thermal Interface Material)이라 한다.
TIM으로 종래에는 알루미나, 은, 실리카와 같은 TCP(Thermal conductive particle)들을 이용해 왔다. 이들 물질들을 방열 복합체 내에 분산시킴으로써 방열 문제를 해결하고자 하는 시도들이 있었다. 그러나 언급한 재료들의 경우에는 실온에서 1~5 W/mK 범위의 열전도도를 발현시키기 위해 50% 이상의 높은 볼륨 프렉션(volumn fraction)이 요구되므로 상업적 측면에서는 TCP의 함량을 낮춰 비용을 개선시켜야 할 필요가 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 나노스케일의 카본소재들이 TCP로써 TIM에 적용되고 있다. 예컨대 카본소재로는 탄소나노튜브(CNT; carbon nano tube), 그래핀(Graphene) 등을 들 수 있는데, 이들 물질은 이론상으로 3000~6000 W/mK에 해당하는 높은 열전도도 특성을 나타낼 뿐만 아니라 우수한 기계적, 전기적 물성을 포함하고 있어 TIM에 적용되기에 좋은 특성을 가지고 있다.
하지만 탄소나노튜브의 경우 고분자 매트릭스 계면에서의 낮은 열전대(thermal coupling) 문제가 있다. 그래핀의 경우 고분자 매트릭스 내에서 플레이트들 간에 point-type contact geometry를 이루므로 관통 면 방향에서의 높은 열전도도를 실현시키기가 어렵다는 문제가 있다.
등록특허공보 제10-1413996호 (2014.06.25. 등록) 등록특허공보 제10-1437452호 (2014.08.28. 등록)
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 본 출원인은 등록특허공보 제10-1413996호에 개시된 바와 같이, 카본 하이브리드 필러와 혼합되는 고분자 수지를 포함하는 방열 복합체를 소개한 바 있다. 이때 고분자 수지로는 열경화성 수지인 에폭시 수지를 사용하였다.
이러한 방열 복합체는 에폭시 수지와 카본 하이브리드 필러를 단순 혼합한 후 경화시켜 제조한다. 제조된 방열 복합체는 카본 하이브리드 필러 대신에 탄소나노튜브 필러를 사용하는 방열 복합체에 비해서는 열전도도가 높지만, 2 W/mK 정도의 낮은 열전도도를 갖는다.
따라서 본 발명의 목적은 고방열 특성을 갖는 고방열 복합체 조성물, 그를 이용한 고방열 복합체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 카본 필러의 함량과 분산성을 향상시킨 고방열 복합체 조성물, 그를 이용한 고방열 복합체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 열가소성 수지 분말; 및 상기 열가소성 수지 분말의 입자 표면에 부착되며, 아민계 폴리머로 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말;을 포함하는 고방열 복합체 조성물을 제공한다.
상기 표면 개질된 판상형 카본 필터 분말은, 입자 표면에 -OH 및 -COOH 관능기가 형성되어 있는 판상형 카본 필러; 및 상기 -OH 및 -COOH 관능기에 각각 정전기적 인력에 의해 부착되는 상기 아민계 폴리머;를 포함한다.
상기 판상형 카본 필러는 탄소나노플레이트(CNP) 또는 카본 하이브리드 필러를 포함한다.
상기 탄소나노플레이트 필러는 판 크기가 5 내지 20㎛이고, 두께가 4 내지 6nm이다.
상기 카본 하이브리드 필러는 탄소나노플레이트 상에 탄소나노튜브가 길이 방향으로 성장되어 접합된 형태를 가지고, 복수의 상기 탄소나노플레이트가 복수의 상기 탄소나노튜브를 매개로 연결된 형태를 가질 수 있다.
상기 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말은, 상기 아민계 폴리머는 상기 아민계 폴리머에 포함된 아민기를 매개로 상기 -OH 및 -COOH 관능기에 각각 부착된다.
상기 열가소성 수지 분말의 입자 크기는 상기 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말의 입자 크기의 5 내지 20배일 수 있다.
상기 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말은 최대 75 중량%가 포함될 수 있다.
상기 아민계 폴리머는 1-(3-Aminopropyl)imidazole, Octadecylamine, Aniline 또는 4,4'-Dithiodianiline을 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지 분말은 폴리케톤일 수 있다.
본 발명은 또한, 고방열 복합체 조성물을 가열하여 제조한 고방열 복합체를 제공한다.
본 발명은 또한, 아민계 폴리머로 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말을 제조하는 단계; 및 상기 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말과 열가소성 수지 분말을 고에너지 혼합 방법으로 혼합하여 고방열 복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 고방열 복합체의 제조 방법을 제공한다.
상기 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말을 제조하는 단계는, 표면 처리전 판상형 카본 필러 분말에 대한 UV-O3 처리를 통해 입자 표면에 -OH 및 -COOH 관능기를 형성하는 단계; 및 상기 -OH 및 -COOH 관능기에 각각 상기 아민계 폴리머를 정전기적 인력에 의해 부착하여 판상형 카본 필러 분말의 입자 표면을 개질하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 표면을 개질하는 단계에서, 상기 아민계 폴리머 용액에 상기 -OH 및 -COOH 관능기가 형성된 판상형 카본 필러 분말을 투입한 후 교반하여 표면 개질을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 고방열 복합체의 제조 방법은, 상기 표면을 개질하는 단계 이후에 수행되는, 상기 고방열 복합체 조성물을 금형에 넣고 가열하여 고방열 복합체를 제조하는 단계;를 더 포함한다.
그리고 상기 고에너지 혼합 방법에는 나노 믹서(Nano Mixer)를 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 판상형 카본 필러 분말의 입자 표면을 개질한 후, 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말과 열가소성 수지 분말을 고에너지 혼합 방법으로 고방열 복합체 조성물을 제조함으로써, 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말의 혼합 비율에 따라서 고방열 복합체는 36 내지 79 W/mK 정도의 높은 열전도도 특성을 나타낸다.
즉 본 발명에 따른 고방열 복합체는 분말 형태의 열가소성 수지를 사용함으로써, 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말의 함량을 높일 수 있다. 그리고 판상형 카본 필러 분말의 입자 표면을 개질한 후 고에너지 혼합 방법으로 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말과 열가소성 수지 분말을 혼합함으로써, 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말과 열가소성 수지 분말이 균일하게 접촉하여 열가소성 수지의 입자 표면에 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말을 안정적으로 부착시켜 열가소성 수지 내의 표면 개질된 판상형 카본 필러의 분산성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 고방열 복합체는 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말의 함량과 분산성을 향상시킴으로써, 높은 열전도도 특성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고방열 복합체를 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 표면 개질된 판상형 카본 필러를 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고방열 복합체의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 4는 도 3의 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말의 제조 단계에 따른 상세 흐름도이다.
도 5는 분말 형태의 열가소성 수지 분말을 보여주는 사진이다.
도 6은 도 3의 열가소성 수지 분말의 표면에 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말이 부착된 상태를 보여주는 사진이다.
도 7은 비교예 및 실시예에 따른 열가소성 수지 분말과 카본 하이브리드 필러 분말이 혼합된 고방열 복합체 조성물을 보여주는 사진이다.
도 8은 비교예 및 실시예에 따른 카본 하이브리드 필러 분말의 물에 대한 젖음성 테스트 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 비교예 및 실시예에 따른 카본 하이브리드 필러 분말의 벤젠에 대한 젖음성 테스트 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10은 비교예 및 실시예에 따른 카본 하이브리드 필러 분말의 함량에 따른 방열 복합체의 열전도도를 보여주는 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고방열 복합체를 보여주는 개략도이다. 도 2는 도 1의 표면 개질된 판상형 카본 필러를 보여주는 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고방열 복합체(50)는 고방열 복합체 조성물(50a)로 제조되며, 고방열 복합체 조성물을 금형에 넣고 가열하여 제조한다. 고방열 복합체 조성물(50a)은 열가소성 수지 분말(10)과, 열가소성 수지 분말(10)의 입자 표면에 부착되며 아민계 폴리머(25)로 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)을 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따른 고방열 복합체 조성물(50a)은 열가소성 수지 분말(10)의 입자 표면에 표면 개질된 판상형 카본 필터 분말(20)이 래핑(wrapping) 형태를 갖는다.
열가소성 수지로는 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)의 함량을 높이기 위해서 분말 형태를 사용한다. 바람직하게는 열가소성 수지 분말(10)은 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)의 입자 크기의 5 내지 20배의 입자 크기를 갖는다. 이때 열가소성 수지 분말(10)의 입자 크기가 5배 이하인 경우, 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)의 함량은 높일 수 있지만 사출성이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다. 열가소성 수지 분말(10)의 입자 크기가 20배를 초과하는 경우, 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)의 함량이 떨어져 방열특성이 떨어질 수 있다. 열가소성 수지 분말(10)의 입자 크기는 60 내지 200㎛일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 120㎛일 수 있다. 열가소성 수지 분말(10)의 소재로는 폴리케콘(Polyketone; PK)이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
그리고 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)은 판상형 카본 필러 분말(23)과, 판상형 카본 필러 분말(23)의 입자 표면에 부착된 아민계 폴리머(25)를 포함한다. 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)은 최대 75 중량%가 포함될 수 있다. 판상형 카본 필러 분말(23)의 입자 크기는 5 내지 60㎛일 수 있다.
여기서 판상형 카본 필러 분말(23)은 탄소나노플레이트(Carbon Nano plates; CNP) 필러 또는 카본 하이브리드 필러를 포함한다. 탄소나노플레이트 필러를 기반으로 제조된 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말은 표면 개질된 탄소나노플레이트 필러 분말이라 한다. 카본 하이브리드 필러를 기반으로 제조된 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말은 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말이라 한다. 도 2에는 판상형 카본 필러로 카본 하이브리드 필러를 사용하는 예를 도시하였다.
탄소나노플레이트는 그래핀나노플레이트(Graphene Nano plates; CNP)를 포함한다. 탄소나노플레이트는 판 크기가 5 내지 20㎛이고, 두께가 4 내지 6nm일 수 있다.
카본 하이브리드 필러는 탄소나노플레이트(Carbon Nano plates; CNP) 상에 탄소나노튜브(Carbon Nano Tubes; CNT)가 길이 방향으로 성장되어 접합된 형태를 가지고, 복수의 탄소나노플레이트가 복수의 탄소나노튜브를 매개로 연결된 형태를 가질 수 있다. 이러한 카본 하이브리드 필러는 CNP-CNT 또는 GNP-CNT로 표시될 수 있다. 예컨대 카본 하이브리드 필러로는 등록특허공보 제10-1413996호에 개시된 카본 하이브리드 필러가 사용될 수 있다. 이때 탄소나노플레이트로는 그래핀나노플레이트가 사용될 수 있다.
판상형 카본 필러 분말(23)로 카본 하이브리드 필러 분말을 사용하는 경우, 카본 하이브리드 필러 분말은 표면으로 돌출된 탄소나노튜브를 구비하고, 탄소나노튜브는 일종의 창 형태로 열가소성 수지 분말(10)의 입자 표면에 꽂히기 때문에, 열가소성 수지 분말(10)의 입자 표면에 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말이 보다 안정적으로 래핑될 수 있는 것이다.
판상형 카본 필러(23)는, 아민계 폴리머(25)가 안정적으로 부착될 수 있도록, 입자 표면에 -OH 및 -COOH 관능기가 형성되어 있다. -OH 및 -COOH 관능기에 각각 아민계 폴리머(25)가 정전기적 인력에 의해 부착된다. 판상형 카본 필러(23)는 UV-O3 처리를 통해 입자 표면에 -OH 및 -COOH 관능기가 도입될 수 있다.
그리고 아민계 폴리머(25)는 아민기를 매개로 -OH 및 -COOH 관능기에 각각 부착된다. 예컨대 아민계 폴리머(25)로는, 아래의 화학식 1로 표시되는, 1-(3-Aminopropyl)imidazole, Octadecylamine, Aniline 또는 4,4'-Dithiodianiline을 사용할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 여기서 "Functional group-NH2"는 아민계 폴리머를 나타낸다.
[화학식 1]
Figure 112018024652811-pat00001
이와 같이 본 발명에 따른 고방열 복합체(50)는 열가소성 수지 분말(10)을 사용함으로써, 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)의 함량을 높일 수 있다.
그리고 판상형 카본 필러 분말(23)의 입자 표면을 개질함으로써, 열가소성 수지 분말(10)의 입자 표면에 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)을 안정적으로 부착시켜 열소성 수지 분말(10) 내의 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)의 분산성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 고방열 복합체(50)는 표면 개질된 판상형 카본 필러(20)의 함량과 분산성을 향상시킴으로써, 높은 열전도도 특성을 확보할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 고방열 복합체(50)의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 본 발명에 따른 고방열 복합체(50)의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 그리고 도 4는 도 3의 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)의 제조 단계에 따른 상세 흐름도이다.
본 발명에 따른 고방열 복합체(50)의 제조 방법은 아민계 폴리머(25)로 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)을 제조하는 단계(S10), 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)과 열가소성 수지 분말(10)을 고에너지 혼합 방법으로 혼합하여 고방열 복합체 조성물(50a)을 제조하는 단계(S20), 및 고방열 복합체 조성물(50a)을 가열하여 고방열 복합체(50)를 제조하는 단계(S30)를 포함한다.
먼저 S10단계에 따른 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말(20)을 제조하는 단계는 다음과 같이 수행될 수 있다. 즉 S11단계에서 표면 처리전 판상형 카본 필러 분말(23)에 대한 UV-O3 처리를 통해 판상형 카본 필러 분말(23)의 입자 표면에 -OH 및 -COOH 관능기를 형성한다. 그리고 S13단계에서 -OH 및 -COOH 관능기에 각각 아민계 폴리머(25)를 정전기적 인력에 의해 부착하여 판상형 카본 필러 분말(23)의 입자 표면을 개질한다.
다음으로 S20단계에서 고에너지 혼합 방법에는 나노 믹서(Nano Mixer)를 이용하여 고방열 복합체 조성물(50a)을 제조한다. 제조된 고방열 복합체 조성물(50a)은 분말 형태이다. 고방열 복합체 조성물(50a)의 입자 크기는 표면 처리전 판상형 카본 필러 분말의 크기와 유사하다.
그리고 S30단계에서 고방열 복합체 조성물(50a)을 금형에 넣고 가열하여 고방열 복합체(50)를 제조하는 단계(S30)를 포함한다. 가열 온도는 열가소성 수지를 용융시킬 수 있는 온도 범위에서 설정된다.
[실시예 및 비교예]
이와 같은 본 발명에 따른 고방열 복합체의 방열특성을 확인하기 위해서, 아래와 같이 판상형 카본 필러로서 카본 하이브리드 필러를 이용하여 실시예 및 비교예에 따른 고방열 복합체를 제조하였다.
먼저 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말은 다음과 같이 제조하였다. 에탄올에 아민계 폴리머가 용해된 아민계 폴리머 용액인 표면개질제 용액에 1시간 동안 UV-O3 처리된 카본 하이브리드 필러 분말을 혼합하고, 60℃에서 17시간 동안 교반하여 개질 반응을 진행하였다. 이때 아민계 폴리머의 양은 카본 하이브리드 필러 분말 대비 13wt%를 사용하였다. 잔류 아민계 폴리머 및 용매(에탄올) 제거를 위해 세척 공정을 진행하였으며, 여과 및 건조를 통해 최종적으로 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말을 획득하였다.
실시예에서는 아민계 폴리머로 1-(3-Aminopropyl)imidazole, Octadecylamine, Aniline 및 4,4'-Dithiodianiline을 사용하였다.
표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말과 PK 분말을 나노 믹서를 이용한 고에너지 혼합 방법으로 혼합하여 실시예에 따른 고방열 복합체 조성물을 제조하였다.
그리고 실시예에 따른 고방열 복합체 조성물을 열전도도 측정용 샘플 홀더에 압출 성형하여 고방열 복합체를 제조하였다. 여기서 도 5는 분말 형태의 열가소성 수지 분말(10)을 보여주는 사진이다. 도 6은 도 3의 열가소성 수지 분말(10)의 표면에 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말(20)이 부착된 상태를 보여주는 사진이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 고방열 복합체 조성물(50a)은 열가소성 수지 분말(10)의 입자 표면에 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말(20a)이 안정적으로 부착된 것을 확인할 수 있다.
도 7은 비교예 및 실시예에 따른 열가소성 수지 분말과 카본 하이브리드 필러 분말이 혼합된 고방열 복합체 조성물을 보여주는 사진이다.
도 7의 (a)는 비교예 1에 따른 열가소성 수지 분말과 카본 하이브리드 필러 분말을 단순히 혼합한 경우를 보여준다.
도 7의 (b)는 비교예 2에 따른 열가소성 수지 분말과 카본 하이브리드 필러 분말을 고에너지 믹서를 이용해 혼합한 경우를 보여준다.
그리고 도 7의 (c)는 실시예에 따른 열가소성 수지 분말과 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말을 나노 믹서를 통해 균질 혼합한 경우를 보여준다.
비교예 2와 실시예에 따른 고방열 복합체 조성물의 색상을 비교하면, 실시예에 따른 고방열 복합체 조성물이 보다 검정색에 가까운 것을 확인할 수 있다. 이것은 실시예에 따른 고방열 복합체 조성물이 열가소성 수지 분말의 입자 표면에 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말이 균일하면서 안정적으로 부착되어 있기 때문에, 비교예 2에 따른 고방열 복합체 조성물에 비해서 보다 검정색에 가까운 색상을 나타내는 것이다.
실시예에 따른 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말의 표면 개질 정도를 평하기 위해서, "Sigma 700"의 젖음성(wettability) 장비를 이용하였다. 친수성 용매인 물을 기준으로 정량화 하여 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말이 소수성인 열가소성 수지와 표면에너지가 유사하게 소수성으로 개질되었는 지를 평가하였다.
도 8은 비교예 및 실시예에 따른 카본 하이브리드 필러 분말의 물에 대한 젖음성 테스트 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 테스트 결과, 실시예에 따른 1-(3-Aminopropyl)imidazole로 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말을 제외한 나머지의 경우, 비교예 1에 따른 카본 하이브리드 필러 분말 대비 친수성 용매인 물을 덜 흡수하는 것으로 나타났다.
특히 아민계 폴리머 중, Octadecylamine으로 표면개질 된 카본 하이브리드 필러 분말은 동일 시간 내 물을 거의 흡수하지 않는 것으로 측정되었으며, 비교예 1에 따른 카본 하이브리드 필러 분말과 대비하여 소수성이 가장 크게 증가한 것을 확인할 수 있다.
한편 도 8의 테스트 결과로만 판단할 때, 1-(3-Aminopropyl)imidazole로 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말은 소수성으로 개질되지 않은 것으로 판단할 여지는 있다. 하지만 아래의 도 9의 젖음성 테스트 결과로 볼 때, 1-(3-Aminopropyl)imidazole로 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말 또한 소수성으로 표면 개질된 것을 확인할 수 있다.
도 9는 비교예 및 실시예에 따른 카본 하이브리드 필러 분말의 벤젠에 대한 젖음성 테스트 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 1-(3-Aminopropyl)imidazole로 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말을 소수성 용매인 벤젠을 기준으로 젖음성 측정을 실시한 결과를 나타낸다. 1-(3-Aminopropyl)imidazole으로 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말이 비교예 1에 따른 카본 하이브리드 필러 분말 대비 동일 시간 내 소수성인 벤젠 용매를 더 많이 흡수하는 것으로 측정되어 소수성으로 표면 개질된 것을 확인할 수 있다.
다음으로 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말의 열전도성 향상에 대한 영향을 확인하기 위해, 비교예 및 실시예에 따른 고방열 복합체를 제조하여 레이저 플레쉬(Laser flash)법을 이용하여 ASTM E1461 평가방법에 준하여 열전도도를 비교 평가하였다.
도 10은 비교예 및 실시예에 따른 카본 하이브리드 필러 분말의 함량에 따른 고방열 복합체의 열전도도를 보여주는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 비교예 및 실시예에 따른 고방열 복합체를 열전도도 측정용 샘플 홀더에 압출 방식으로 사출하여 샘플을 제작한 후 열전도도 테스트를 진행하였다.
비교예 1에 따른 카본 하이브리드 필러 분말과 비교하여 가장 소수성이 크게 증가한 Octadecylamine로 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말을 선정하여 실시예에 따른 고방열 복합체를 제조하였다.
고방열 복합체 조성물의 함량에 관계없이, 실시예에 따른 고방열 복합체가 더 높은 열전도도 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 표면 개질된 카본 하이브리드 필러의 함량이 40wt%인 고방열 복합체의 경우, 비교예 1에 따른 고방열 복합체와 대비하여 열전도도 값이 92% 증가한 것으로 볼 때, 표면 개질의 효과를 확인할 수 있다.
도 11은 비교예 및 실시예에 따른 열가소성 수지 분말과 카본 하이브리드 필러 분말의 비율 변화에 따른 고방열 복합체의 열전도도를 보여주는 그래프이다.
실시예 및 비교예 1에 따른 샘플의 조성, 밀도, 분산성 및 열전도도는 표 1과 같다.
필러 밀도 분산성 열전도도
샘플 wt% g/cm3 mm2/s W/mK
#1(미처리) 29.9 1.608 7.186 8.694
#2(미처리) 39.8 1.072 13.995 14.999
#3 53.51 1.487 24.777 36.835
#4 58.58 1.456 27.048 39.379
#5 64 1.465 34.446 50.452
#6 69.8 1.462 40.419 59.087
#7 75 1.451 54.457 79.038
도 11 및 표 1을 참조하면, 샘플 #1, #2는 비교예 1에 따른 고방열 복합체로 제조하였다. 샘플 #3~#7은 실시예에 따른 고방열 복합체로 제조하였다.
실시예에 따른 고방열 복합체는 표면 개질된 카본 하이브리드 필러의 함량이 증가할수록 열전도도 값이 상승하며, 최대 79 W/mK까지 증가하는 것을 확인할 수 있다.
그리고 실시예에 따른 고방열 복합체가 비교예 1에 따른 고방열 복합체와 비교하여 필러의 함량과 분산성이 향상된 것을 확인할 수 있다.
다음으로 단순 혼합 방법과 본 발명에 따른 나노 믹서를 이용한 고에너지 혼합 방법에 따른 고방열 복합체의 특성을 확인하기 위해서, 아래와 같이 판상형 카본 필러로서 탄소나노플레이 필러를 이용하여 다른 실시예 및 비교예 2에 따른 고방열 복합체를 제조하였다.
이때 다른 실시예 및 비교예 2에 따른 카본 필러로는 Octadecylamine로 표면 개질된 탄소나노플레이트 필러 분말을 사용하였다. 비교예 2에 따른 고방열 복합체는 단순 혼합 방법을 사용하여 제조하였다. 다른 실시예에 따른 고방열 복합체는 나노 믹서를 이용한 고에너지 혼합 방법을 사용하여 제조하였다. 다른 실시예 및 비교예 2에 따른 샘플의 조성, 밀도, 분산성 및 열전도도는 표 2와 같다.
필러 밀도 분산성 열전도도
샘플 wt% g/cm3 mm2/s W/mK
비교예 2 49.1 1.349 21.125 28.490
다른 실시예 74.02 1.500 44.559 66.773
표 1 및 표 2를 참조하면, 비교예 2에 따른 고방열 복합체는 비교예 1에 따른 고방열 복합체를 비교해서는 카본 필러의 함량은 증가하였으나 50wt% 이하였다. 비교예 2에 따른 고방열 복합체의 방열특성은 28.49 W/mK로 측정되었다.
반면에 다른 실시예에 따른 고방열 복합체는 카본 필러의 함량이 74wt%이고, 방열특성 또한 66.77 W/mK로 측정되었다.
이와 같이 나노 믹서를 이용한 고에너지 혼합 방법을 사용한 다른 실시예가 단순 혼합 방법을 사용한 비교예 2와 비교하여 약 2.4배 정도의 방열특성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 판상형 카본 필러로서 탄소나노플레이트 필러를 사용하는 경우에도 카본 하이브리드 필러를 사용하는 경우와 유사한 필러의 함량, 분산성 및 열전도도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 열가소성 수지 분말
20 : 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말
20a : 표면 개질된 카본 하이브리드 필러 분말
23 : 판상형 카본 필러 분말
25 : 아민계 폴리머
50 : 고방열 복합체
50a : 고방열 복합체 조성물

Claims (12)

  1. 열가소성 수지 분말 25 내지 47 중량%; 및
    상기 열가소성 수지 분말의 입자 표면에 부착되며, 아민계 폴리머로 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말 53 내지 75 중량%;를 포함하고,
    상기 표면 개질된 판상형 카본 필터 분말은,
    입자 표면에 -OH 및 -COOH 관능기가 형성되어 있는 판상형 카본 필러; 및
    상기 -OH 및 -COOH 관능기에 각각 정전기적 인력에 의해 부착되는 상기 아민계 폴리머;
    를 포함하는 고방열 복합체 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판상형 카본 필러는 탄소나노플레이트(CNP) 필러 또는 카본 하이브리드 필러를 포함하며,
    상기 탄소나노플레이트 필러는 판 크기가 5 내지 20㎛이고, 두께가 4 내지 6nm이고,
    상기 카본 하이브리드 필러는 탄소나노플레이트 상에 탄소나노튜브가 길이 방향으로 성장되어 접합된 형태를 가지고, 복수의 상기 탄소나노플레이트가 복수의 상기 탄소나노튜브를 매개로 연결된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 고방열 복합체 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지 분말의 입자 크기는 상기 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말의 입자 크기의 5 내지 20배인 것을 특징으로 하는 고방열 복합체 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아민계 폴리머는 1-(3-Aminopropyl)imidazole, Octadecylamine, Aniline 또는 4,4'-Dithiodianiline을 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 복합체 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지 분말은 폴리케톤인 것을 특징으로 하는 고방열 복합체 조성물.
  8. 열가소성 수지 분말 25 내지 47 중량%와, 상기 열가소성 수지 분말의 입자 표면에 부착되며 아민계 폴리머로 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말 53 내지 75 중량%를 포함하는 고방열 복합체 조성물을 가열하여 제조한 고방열 복합체로서,
    상기 표면 개질된 판상형 카본 필터 분말은 입자 표면에 -OH 및 -COOH 관능기가 형성되어 있는 판상형 카본 필러와, 상기 -OH 및 -COOH 관능기에 각각 정전기적 인력에 의해 부착되는 상기 아민계 폴리머를 포함하는 고방열 복합체.
  9. 아민계 폴리머로 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말을 제조하는 단계; 및
    상기 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말과 열가소성 수지 분말을 고에너지 혼합 방법으로 혼합하여 고방열 복합체 조성물을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 고방열 복합체 조성물은 상기 열가소성 수지 분말 25 내지 47 중량%와, 상기 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말 53 내지 75 중량%를 포함하고,
    상기 표면 개질된 판상형 카본 필터 분말은 입자 표면에 -OH 및 -COOH 관능기가 형성되어 있는 판상형 카본 필러와, 상기 -OH 및 -COOH 관능기에 각각 정전기적 인력에 의해 부착되는 상기 아민계 폴리머를 포함하는 고방열 복합체의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 표면 개질된 판상형 카본 필러 분말을 제조하는 단계는,
    표면 처리전 판상형 카본 필러 분말에 대한 UV-O3 처리를 통해 입자 표면에 -OH 및 -COOH 관능기를 형성하는 단계; 및
    상기 -OH 및 -COOH 관능기에 각각 상기 아민계 폴리머를 정전기적 인력에 의해 부착하여 판상형 카본 필러 분말의 입자 표면을 개질하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 복합체의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 표면을 개질하는 단계에서,
    상기 아민계 폴리머가 용해된 아민계 폴리머 용액에 상기 -OH 및 -COOH 관능기가 형성된 판상형 카본 필러 분말을 투입한 후 교반하여 표면 개질을 수행하는 것을 특징으로 하는 고방열 복합체의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 표면을 개질하는 단계 이후에 수행되는,
    상기 고방열 복합체 조성물을 금형에 넣고 가열하여 고방열 복합체를 제조하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 복합체의 제조 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3962691B2 (ja) * 2001-05-18 2007-08-22 ハイピリオン カタリシス インターナショナル インコーポレイテッド 過酸素化合物で酸化する事に依るカーボンナノチューブの改質
KR101413996B1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-04 전자부품연구원 카본 하이브리드 필러를 포함하는 방열 복합체 및 그 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101437452B1 (ko) 2013-02-26 2014-09-16 전자부품연구원 하이브리드 탄소 소재 제조 방법
KR101984207B1 (ko) * 2016-08-18 2019-05-30 한국과학기술연구원 폴리케톤-탄소필러 복합체 및 이의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3962691B2 (ja) * 2001-05-18 2007-08-22 ハイピリオン カタリシス インターナショナル インコーポレイテッド 過酸素化合物で酸化する事に依るカーボンナノチューブの改質
KR101413996B1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-04 전자부품연구원 카본 하이브리드 필러를 포함하는 방열 복합체 및 그 제조방법

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