KR101837512B1 - 방열 코팅조성물 및 이를 통해 형성된 방열유닛 - Google Patents

Abstract

방열 코팅조성물이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방열코팅조성물은주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분; 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 8 ~ 72 중량부로 포함되는 카본계 필러; 및 방열성 및 부착성 향상을 위한 물성증진성분;을 포함한다. 이에 의하면, 열전도성뿐만 아니라 열방사성까지 우수하여 뛰어난 방열성능을 발현하는 방열코팅층을 구현할 수 있다. 또한, 이를 통해 구현된 방열코팅층은 피코팅면과의 접착성이 매우 우수하여 사용 중 방열코팅층의 박리가 현저히 방지되며, 방열코팅층으로 형성된 후 외부의 열, 유기용제, 수분, 충격 등의 물리적, 화학적 자극에도 코팅층의 내구성이 유지될 수 있다. 나아가, 형성된 방열코팅층의 표면이 매우 매끄럽고, 평활성이 우수하여 표면품질이 뛰어남에 따라서, 방열이 요구되는 산업 전반에 널리 응용될 수 있다.

Description

방열 코팅조성물 및 이를 통해 형성된 방열유닛{Heat radiation coating composite and heat radiator coated with the same}

본 발명은 방열 코팅조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열코팅층을 형성한 후 우수한 방열성능을 발현하는 동시에 코팅층의 내구성, 피코팅면과의 부착성 및 코팅층의 표면품질이 매우 뛰어난 방열 코팅 조성물 및 이로 피복된 방열유닛에 관한 것이다.

일반적으로 전자장치의 사용 중에 장치내 구비되는 각종 부품에서 발생하는 열에 의한 오작동을 방지하기 위하여 발열이 있는 부품에는 방열부재를 장착한다. 방열판이나 히트싱크 등의 방열부재는 통상적으로 열전도율이 높은 금속을 사용하여 장치나 부품 내의 열을 외부로 빠르게 방출될 수 있도록 한다.

일예로, 상기 히트싱크는 알루미늄, 구리 및 그 합금소재를 고온의 상태로 가열, 용융시킨 후, 일정한 형상을 갖는 금형을 이용하여 압출 성형하는 방법을 통해 전면에 일정하게 돌출되는 다수의 방열핀이 배열되는 구조가 일반적으로 채용되어 왔다.

그러나 다수의 방열핀이 배열된 히트싱크를 금형에 압출 성형하는 방법으로 제조하는 것은 제조 공정이 까다롭고, 다양한 형태를 갖는 히트 싱크를 제조하기 위해 그에 상응하는 별도의 금형을 구비해야 하기 때문에 가공비가 상승하는 문제점이 있다. 또한, 금속재질의 히트싱크는 열전도율은 높을 수 있으나, 전도된 열을 공기중으로 방사시키는 열방사효율은 매우 낮은 문제가 있다. 이를 해결하고자 금속재질의 히트싱크 표면을 아노다이징 처리 등을 통하여 산화피막을 형성시켜 방열성을 향상시키려는 시도들이 있었으나, 생성된 산화피막으로 목적하는 수준의 방열성능을 발현하기 어렵고 사용중에 산화피막이 벗겨져 방열성능을 지속시킬 수 없는 문제가 있다. 나아가, 금속재질의 방열부재를 구비한 전자장치는 방열부재의 무게로 인하여 경량화가 어렵고, 이동성 전자장치에는 사용에 제한이 있는 문제가 있는데, 이를 해결하고자 방열핀의 개수를 줄이는 등의 방열부재의 구조를 단순화하고, 방열부재의 두께를 줄일 경우 목적하는 수준의 방열성능을 달성하기 어려운 문제가 있다.

이를 해결하고자 최근에는 방열부재에 방열코팅층을 형성시켜 방열성능의 향상을 도모하는 시도들이 있으나, 방열코팅층의 내구성, 방열성능, 피코팅면과의 접착력 등의 물성을 동시에 달성하기 어렵고, 방열코팅층의 표면이 울퉁불퉁하거나 방열필러가 표면에 돌출되는 등 방열코팅층의 표면품질이 매우 좋지 않은 문제가 있다.

이에 피코팅면과의 부착력이 우수하고, 열/수분/유기용제 등의 외부의 물리적, 화학적 자극에 내구성이 뛰어나며, 코팅층의 표면품질이 우수하고, 방열성능을 현저히 향상시킬 수 있는 방열코팅층을 구현 가능한 방열코팅층 형성 조성물에 대한 연구가 시급한 실정이다.

KR 0783263B1

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 열전도성뿐만 아니라 열방사성까지 우수하여 뛰어난 방열성능을 발현하는 방열코팅층을 구현할 수 있는 방열 코팅조성물을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 피코팅면과의 접착성이 매우 우수하여 사용 중 방열코팅층의 박리가 현저히 방지되며, 방열코팅층으로 형성된 후 외부의 열, 유기용제, 수분, 충격 등의 물리적, 화학적 자극에도 코팅층의 내구성이 유지될 수 있는 방열 코팅조성물을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 형성된 방열코팅층이 표면이 매우 매끄럽고, 평활성이 우수하여 표면품질이 뛰어난 방열코팅층을 구현할 수 있는 방열 코팅조성물을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분; 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 8 ~ 72 중량부로 포함되는 카본계 필러; 및 방열성 및 부착성 향상을 위한 물성증진성분;을 포함하는 방열 코팅조성물 을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 주제수지는 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 선형지방족형 에폭시 수지, 고무변성 에폭시 수지 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 이때, 바람직하게는 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 글리시딜에테르형 에폭시 수지를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 에폭시 당량이 350 ~ 600 g/eq 일 수 있다.

또한, 상기 코팅층 형성성분은 산무수물계, 아민계, 이미다졸계, 폴리아미드계 및 폴리메르캅탄계 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 경화제를 더 포함할 수 있다. 상기 주제수지가 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 경우 상기 경화제는 폴리아미드계 성분을 포함할 수 있다. 이때, 상기 폴리아미드계 성분은 아민가가 180 ~ 300 mgKOH/g 인 폴리아마이드계 성분일 수 있다.

또한, 상기 폴리아미드계 성분을 포함하는 경화제는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 45 ~ 75 중량부로 구비될 수 있다.

또한, 상기 카본계 필러는 그라파이트 및 카본블랙 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 카본계 필러는 상기 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 17 ~ 42 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 상기 카본계 필러는 카본블랙이며, 평균입경이 250㎚ 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 50 ~ 250㎚일 수 있다. 또한, 상기 카본계 필러는 D90이 260㎚ 이하일 수 있다.

또한, 상기 물성증진성분은 3-(N-아닐-N-글리시딜)아미노프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸에톡시실란, γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸메톡시실란 및 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 물성증진성분은 주제수지 100 중량부에 대하여 2 ~ 5 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 상기 코팅층 형성성성분은 비스페놀 A 형 에폭시 수지를 포함하는 주제수지 및 폴리아미드계 성분을 포함하는 경화제를 구비하고, 상기 카본계 필러는 카본블랙을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은 기재; 및 본 발명에 따른 방열 코팅조성물이 상기 기재 외부면의 적어도 일부분에 도포되어 경화된 방열 코팅층;을 포함하는 방열유닛을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 방열코팅층의 두께는 10 ~ 100㎛일 수 있다.

또한, 상기 방열 코팅층은 방열코팅층 전체 중량에 대하여 카본계 필러를 5 ~ 30 중량%로 포함할 수 있다.

또한, 상기 기재는 금속, 비금속 및 고분자 유기화합물 중 어느 하나 이상의 재질로 성형된 것일 수 있다.

본 발명의 방열 코팅조성물은 열전도성뿐만 아니라 열방사성까지 우수하여 뛰어난 방열성능을 발현하는 방열코팅층을 구현할 수 있다. 또한, 이를 통해 구현된 방열코팅층은 피코팅면과의 접착성이 매우 우수하여 사용 중 방열코팅층의 박리가 현저히 방지되며, 방열코팅층으로 형성된 후 외부의 열, 유기용제, 수분, 충격 등의 물리적, 화학적 자극에도 코팅층의 내구성이 유지될 수 있다. 나아가, 형성된 방열코팅층의 표면이 매우 매끄럽고, 평활성이 우수하여 표면품질이 뛰어남에 따라서, 방열이 요구되는 산업 전반에 널리 응용될 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방열유닛의 사시도 및 부분단면도를 나타낸 도면, 그리고
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기재의 사시도이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방열 코팅조성물은 주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분, 카본계 필러 및 방열성 및 부착성 향상을 위한 물성증진성분을 포함하고, 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 카본계 필러를 8 ~ 72 중량부로 포함한다.

먼저, 코팅층 형성성분에 대하여 설명한다.

상기 코팅층 형성성분은 주제수지를 포함하고, 상기 주제수지가 경화형 수지일 경우 경화제를 더 포함할 수 있고, 기타 경화촉진제, 경화촉매를 더 포함할 수 있다.

상기 주제수지는 코팅층을 형성할 수 있는 것으로 당업계에 공지된 성분의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 다만, 피코팅 기재와의 접착성, 발열 기재의 열에 의해 취화 되지 않는 내열성, 기계적 강도 및 카본계 필러와의 상용성 개선에 따른 방열성능 향상을 동시에 달성하기 위하여 상기 주제수지는 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 선형 지방족형 에폭시 수지, 고무변성 에폭시 수지 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 에폭시 수지를 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 글리시딜에테르형 에폭시 수지는 페놀류의 글리시딜에테르와 알코올류의 글리시딜에테르를 포함하며, 상기 페놀류의 글리시딜 에테르로 비스페놀 A형, 비스페놀 B형, 비스페놀AD형, 비스페놀 S형, 비스페놀 F형 및 레조르시놀 등과 같은 비스페놀계 에폭시, 페놀 노볼락(Phenol novolac) 에폭시, 아르알킬페놀 노볼락, 테르펜페놀 노볼락과 같은 페놀계 노볼락 및 o-크레졸 노볼락(Cresolnovolac) 에폭시와 같은 크레졸 노볼락계 에폭시 수지 등이 있고, 이들을 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.

상기 글리시딜 아민형 에폭시 수지로 디글리시딜아닐린, 테트라글리시딜디아미노디페닐메탄, N,N,N',N'-테트라글리시딜-m-크실릴렌디아민, 1,3-비스(디글리시딜아미노메틸)시클로헥산, 글리시딜에테르와 글리시딜아민의 양구조를 겸비한 트리글리시딜-m-아미노페놀, 트리글리시딜-p-아미노페놀 등이 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.

상기 글리시딜에스테르형 에폭시수지로 p-하이드록시벤조산, β-하이드록시나프토에산과 같은 하이드록시카본산과 프탈산, 테레프탈산과 같은 폴리카본산 등에 의한 에폭시 수지일 수 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.

상기 선형 지방족형 에폭시 수지로 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 시클로헥산디메탄올, 글리세린, 트리메틸올에탄, 티리메틸올프로판, 펜타에리트리롤, 도데카히드로 비스페놀 A, 도데카히드로 비스페놀 F, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등에 의한 글리시딜 에테르일 수 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.

상기 고무변성 에폭시 수지는 골격에 고무 및/또는 폴리에테르를 갖는 에폭시 수지이면 특별히 한정되지 않으며, 일예로, 카르복시기 변성 부타다이엔-아크릴로나이트릴 엘라스토머와 분자 내에서 화학적으로 결합한 에폭시 수지(CTBN 변성 에폭시 수지), 아크릴로나이트릴-부타다이엔 고무 변성 에폭시 수지(NBR 변성 에폭시수지), 우레탄 변성 에폭시 수지, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 고무 변성 에폭시 수지일 수 있으며, 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다.

다만, 후술하는 카본계 필러, 특히 그 중에서도 카본블랙과의 상용성이 매우 뛰어나 방열특성, 코팅층의 내구성 향상 측면 및 방열 코팅층의 표면품질 향상의 측면에서 상기 주제수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 글리시딜에테르형 에폭시 수지일 수 있다.

상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 당량이 350 ~ 600 g/eq일 수 있다. 만일 에폭시 당량이 350g/eq 미만일 경우 코팅층의 경도가 증가해 쉽게 깨지거나 크랙이 발생할 수 있고, 굴곡진 피코팅면에서 특히 쉽게 박리될 수 있는 문제가 있다. 또한, 만일 에폭시 당량이 600g/eq을 초과하는 경우 미경화된 부분의 발생으로 인한 내화학성, 접착력 및 내구성이 저하될 수 있는 문제가 있다.

또한, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 점도가 10 ~ 200 cps일 수 있다. 만일 비스페놀 A형 에폭시 수지의 점도가 10 cps 미만일 경우 코팅층의 생성이 어려울 수 있고, 생성 후에도 피코팅면과의 접착력이 저하될 수 있는 문제점이 있고, 200 cps를 초과할 경우 얇은 두께의 코팅층으로 제조하기 어렵고, 코팅공정이 용이하지 않을 수 있으며, 특히 스프레잉 방식의 코팅일 경우 더욱 코팅공정이 어려울 수 있다. 또한, 코팅층 내 카본블랙의 분산성이 저하될 수 있는 문제가 있다

또한, 상술한 주제수지인 에폭시 수지와 함께 코팅층 형성성분에 포함되는 경화제는 선택되는 에폭시 수지의 구체적인 종류에 따라 그 종류를 달리 할 수 있으며, 구체적인 종류는 당업계에 공지된 경화제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 산무수물계, 아민계, 이미다졸계, 폴리아미드계 및 폴리메르캅탄계 중 어느 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 산무수물계의 경우 일 분자 중에 복수의 카르복실기를 갖는 화합물의 무수물이 바람직하다. 일예로, 상기 산무수물은 무수프탈산, 무수트리멜리트산, 무수피로멜리트산, 무수벤조페논테트라카르본산, 에틸렌글리콜비스트리멜리테이트, 글리세롤트리스트리멜리테이트, 무수말레산, 테트라하이드로무수프탈산, 메틸테트라하이드로무수프탈산, 엔도메틸렌테트라하이드로무수프탈산, 메틸엔도메틸렌테트라하이드로무수프탈산, 메틸부테닐테트라하이드로무수프탈산, 도데세닐무수숙신산, 헥사하이드로무수프탈산, 메틸헥사하이드로무수프탈산, 무수숙신산, 메틸시클로헥센디카르본산 무수물, 클로렌드산 무수물 등을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다.

또한, 상기 아민계는 방향족 아민류, 지방족 아민류, 또는 이들의 변성물일 수 있다. 상기 방향족 아민류는 일 예로써, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐술폰, 아조메틸페놀 등을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 또한, 상기 지방족 아민류는 일예로써, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민 등을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다.

또한, 상기 폴리아미드류는 일예로, 지방산이 이량체인 다이머산과 폴리아민의 축합에 의해 생성된 반응물로 분자 중 복수의 아미노기를 갖고, 아미드기를 1개 이상 갖는 폴리아미드아민일 수 있다.

또한, 상기 이미다졸계는 일예로, 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸리움트리멜리테이트 및 에폭시이미다졸 어덕트(adduct) 등일 수 있다.

또한, 상기 폴리메르캅탄계는 일예로, 폴리프로필렌글리콜쇄의 말단에 메르캅탄기가 존재하거나, 폴리에틸렌글리콜쇄의 말단에 메르캅탄기가 존재하는 것일 수 있다.

또한, 상술한 경화제 대신 또는 이와 병용하여 페놀 수지, 아미노수지, 폴리설파이드 수지 등의 공지된 경화제를 목적에 따라 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 주제수지로 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함할 경우 상기 코팅층 형성성분은 경화제로써 폴리아미드계 성분을 더 포함할 수 있고, 이를 통해 후술하는 카본계 필러, 그 중에서도 카본블랙과의 상용성 향상에 매우 유리하고, 코팅층의 접착성, 내구성, 표면품질 등 모든 물성에 있어서 유리하며, 더불어 방열 코팅조성물이 적용될 피착면이 평활한 평면이 아닌 굴곡지거나 단차가 형성된 경우에 해당 부분에 형성된 방열코팅층에 크랙이 발생하거나 박리되는 것을 더욱 방지하는 이점이 있다. 또한, 보다 향상된 물성을 발현하기 위하여 바람직하게는 상기 폴리아미드계 성분은 아민가가 180 ~ 300 mgKOH/g 일 수 있고, 더욱 바람직하게는 40℃에서 점도가 50,000 ~ 70,000 cps일 수 있다.

만일 폴리아미드계 경화제의 아민가가 180 mgKOH/g 미만일 경우 경화품질이 저하되어 표면품질, 내구성, 접착성이 모두 저하될 수 있으며, 방열성능도 동시에 저하될 수 있다. 또한, 만일 아민가가 300 mgKOH/g을 초과하는 경우 경화가 급속히 진행되어 코팅 중 뭉치는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 폴리아미드계 경화제의 점도가 50,000 cps 미만일 경우 코팅 후 흘러내림의 문제가 있으며, 70,000 cps 를 초과할 경우 스프레이 코팅시 균일 도포가 안되며, 노즐이 막히고 뭉치는 문제가 발생을 할 수 있다.

또한, 상기 코팅층 형성성분은 구비되는 주제수지, 일예로 주제수지가 비스페놀 A형 에폭시 수지일 경우 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 상기 폴리아미드계 경화제를 45 ~ 75 중량부로 구비할 수 있다. 만일 폴리아미드계 경화제가 45 중량부 미만으로 구비되는 경우 미경화 문제, 내구성 저하의 문제점이 있다. 또한, 폴리아미드계 경화제가 75 중량부를 초과할 경우 지나친 경화로 깨짐 현상 등의 문제점이 있을 수 있다.

한편, 상술한 코팅층 형성성분은 주제수지, 상기 주제수지가 경화형 수지일경우 상술한 경화제 이외에 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화촉진제는 경화 속도나 경화물의 물성 등을 조정하기 위한 역할을 하며, 선택되는 경화제의 종류에 맞추어 공지된 경화촉진제를 선택하여 사용할 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 아민류, 이미다졸류, 유기 포스핀류, 루이스산 경화촉진제 일 수 있다. 경화촉진제의 사용 일예는, 폴리아미드계 경화제를 사용할 경우 예를 들면 페놀류나 아민류의 경화 촉진제가 병용될 수 있고, 이때, 첨가량은 에폭시 수지의 당량 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다. 또한, 경화촉매 역시 선택되는 주제수지의 종류, 경화제의 종류 등을 고려하여 공지된 경화촉매를 선택할 수 있으며, 첨가량은 주제수지와 경화제의 함량, 에폭시 당량, 경화온도 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

다음으로, 방열성능을 향상시키는 카본계 필러에 대하여 설명한다.

상기 카본계 필러는 그 재질에 있어 카본을 포함하는 경우에는 제한 없이 사용할 수 있고, 당업계에 공지된 카본계 물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 카본계 필러의 형상, 크기는 제한이 없으며, 구조에 있어서도 다공질이거나 비다공질일 수 있고, 목적에 따라 달리 선택할 수 있는 바 본 발명에서 이를 특별히 한정하지 않는다. 일예로, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브와 같은 탄소나노튜브, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 그라파이트, 카본블랙 및 탄소-금속 복합체로 이루어진 군에서 1종 이상을 포함할 수 있다. 다만, 바람직하게는 우수한 방열성능, 코팅층의 형성용이성, 코팅층의 표면품질 등 목적하는 물성의 달성을 용이하게 하는 측면에서 그라파이트 및 카본블랙 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 코팅층의 표면품질 향상 측면에서 보다 바람직하게는 카본블랙일 수 있다.

상기 카본블랙은 퍼니스블랙, 램프블랙, 채널블랙 등 공지된 카본블랙의 종류 중 1 종 이상을 선택하여 제한 없이 사용할 수 있다. 다만, 상기 카본블랙은 평균입경이 250㎚ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 ~ 250㎚일 수 있다. 만일 평균입경이 250㎚를 초과하는 경우 표면의 균일성 저하의 문제점이 있을 수 있고, 평균입경이 50 ㎚미만일 경우 제품단가의 상승 우려가 있고, 코팅층으로 구현된 후 표면에 묻어 나오는 카본블랙의 양이 증가하여 방열성능이 저하될 수 있는 문제가 있다. 특히 표면품질을 위하여 구비되는 카본블랙은 체적누적입도분포에서 D90이 260㎚ 이하일 수 있다. 만일 D90이 260㎚를 초과하는 경우 코팅층의 표면거칠기가 증가하는 등 코팅층의 표면품질이 특히 저하될 수 있다. 상기 D90은 체적누적입도 분포에서 누적도 90%일 때의 카본블랙 입자의 입경을 의미한다. 구체적으로 가로축에 입경, 세로축에 입경이 제일 작은 측으로부터의 체적 누적 빈도를 취한 그래프(체적 기준의 입경 분포)에 있어서, 전체 입자의 체적 누적값(100%)에 대하여, 제일 작은 입경으로부터 체적%의 누적값이 90%에 해당되는 입자의 입경이 D90에 해당한다. 상기 카본블랙의 체적누적입도분포는 레이저 회절 산란 입도 분포 장치를 사용하여 측정할 수 있다.

또한, 상기 카본계 필러의 경우 표면이 실란기, 아미노기, 아민기, 히드록시기, 카르복실기 등의 관능기로 개질시킨 카본계 필러를 사용할 수 있고, 이때, 상기 관능기는 직접 카본계 필러의 표면에 결합되어 있을 수 있고 또는 탄소수 1 ~ 20개의 치환 또는 비치환의 지방족 탄화수소나 탄소수 6 ~ 14개의 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소를 매개로 카본계 필러에 간접적으로 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 카본계 물질을 코어 또는 쉘로 하고, 이종의 물질이 쉘 또는 코어를 구성하는 코어쉘 타입의 필러일 수도 있다.

상기 카본계 필러는 상술한 주제수지 100 중량부에 대하여 8 ~ 72 중량부로 포함되며, 더욱 향상된 물성의 발현을 위하여 바람직하게는 17 ~ 42 중량부로 포함될 수 있다.

만일 카본계 필러가 주제수지 100 중량부에 대하여 8 중량부 미만으로 포함되는 경우 목적하는 수준의 방열성능을 발현하지 못할 수 있는 문제가 있다. 또한, 만일 카본계 필러가 72 중량부를 초과할 경우 구현된 코팅층의 접착력이 약화되어 박리가 쉽게 발생하고, 코팅층의 경도가 커져 물리적 충격에 쉽게 깨지거나 부스러질 수 있다. 또한, 코팅층의 표면에 돌출된 카본계 필러가 많아짐에 따라서 표면거칠기가 증가하여 코팅층의 표면품질이 저하될 수 있다. 더불어 카본계 필러가 더 구비되더라도 방열성능의 향상정도는 미미할 수 있다.

한편, 바람직하게는 상기 카본계 필러가 42 중량부 이하로 구비될 수 있는데, 만일 42 중량부를 초과하여 구비될 경우 얇은 두께의 코팅층을 구현하기 위하여 방열 코팅조성물을 피코팅면에 도포하는 과정에서 일부 코팅방법, 예를 들어 스프레잉 방식으로 코팅 시 조성물이 균일하게 피코팅면을 도포하기 어렵고, 조성물 내 분산된 카본계 필러의 분산성이 저하되어 피코팅면에 조성물이 도포되더라도 카본계 필러가 비균일하게 분산하여 배치되는 문제가 있을 수 있고, 이로 인해 코팅층 표면 전체적으로 균일한 방열성능의 발현이 어려울 수 있는 문제가 있다.

다음으로 방열 코팅 조성물에 포함되는 물성증진성분에 대해 설명한다.

상기 물성증진성분은 본 발명에 따른 방열 코팅 조성물이 피코팅면에 코팅되었을 때 보다 향상된 방열성을 발현시키고 동시에 뛰어난 접착성을 발현시켜 내구성을 향상시키는 기능을 담당한다.

상기 물성증진성분은 실란계 화합물일 수 있으며, 당업계에 채용하는 공지된 실란계 화합물의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나, 상술한 코팅층 형성성분의 주제수지, 카본계 필러중에서도 카본블랙과 함께 사용될 경우 목적한 물성의 상승작용을 일으켜 현저한 내구성과 방열성을 발현할 수 있도록, 상기 실란계 화합물은 3-(N-아닐-N-글리시딜)아미노프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸에톡시실란, γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸메톡시실란 및 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 물성증진성분은 바람직하게는 주제수지 100 중량부에 대하여 2 ~ 5 중량부로 포함될 수 있다. 만일 물성증진성분이 2 중량부 미만으로 구비되는 경우 물성증진성분을 통한 방열성 및 접착성 향상 등 목적하는 물성을 동시에 목적하는 수준까지 달성하지 못하는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 5 중량부를 초과하여 구비되는 경우 피코팅면과의 부착력 약화의 문제가 있을 수 있다.

한편, 상술한 방열 코팅조성물은 카본계 필러의 분산성을 향상시키기 위한 분산제, 용매를 더 포함할 수 있다.

상기 분산제는 카본계 필러의 분산제로 당업계에서 채용하는 공지된 성분을 사용할 수 있다. 일예로 폴리에스테르계 분산제, 폴리페닐렌에테르계 분산제; 폴리올레핀계 분산제, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 분산제, 폴리아릴레이트계 분산제, 폴리아미드계 분산제, 폴리아미드이미드계 분산제, 폴리아릴설폰계 분산제, 폴리에테르이미드계 분산제, 폴리에테르설폰계 분산제, 폴리페닐렌 설피드계 분산제, 폴리이미드계 분산제; 폴리에테르케톤계분산제, 폴리벤족사졸계 분산제, 폴리옥사디아졸계 분산제, 폴리벤조티아졸계 분산제, 폴리벤즈이미다졸계 분산제, 폴리피리딘계 분산제, 폴리트리아졸계 분산제, 폴리피롤리딘계 분산제, 폴리디벤조퓨란계 분산제, 폴리설폰계 분산제, 폴리우레아계 분산제, 폴리우레탄계 분산제, 또는 폴리포스파젠계 분산제, 등을 들 수 있으며, 이들의 단독 또는 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합물 또는 공중합체를 사용할 수도 있다. 또한, 일예로, 우레아 성분과 알데하이드 성분, 예를들어 이소부틸알데하이드가 축합된 반응물을 분산제로 사용할 수 있다.

또한, 상기 용매는 선택되는 주제수지, 경화제 등에 따라 이에 맞는 용매를 선택할 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하는 것은 아니며, 상기 용매로는 각 성분의 적절한 용해를 가능케 하는 임의의 용매를 사용할 수 있고, 예를 들어, 물 등의 수계 용매, 알코올계 용매, 케톤계 용매, 아민계 용매, 아민계 용매, 에스테르계 용매, 아미드계 용매, 할로겐화 탄화수소계 용매, 에테르계 용매 및 퓨란계 용매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

또한, 상술한 방열 코팅조성물은 레벨링제, pH 조절제, 이온포착제, 점도조정제, 요변성(搖變性) 부여제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선흡수제, 착색제, 탈수제, 난연제, 대전방지제, 방미제(防黴劑), 방부제, 등의 각종 첨가제의 1 종류 또는 2 종류 이상이 첨가될 수도 있다. 상기 기재된 각종 첨가제는 당업계에 공지된 것을 사용할 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 코팅조성물은 점도가 25℃에서 50 ~ 250 cps일 수 있다. 만일 방열 코팅조성물의 점도가 50 cps 미만일 경우 조성물의 흘러내림 등으로 코팅층의 생성이 어려울 수 있고, 생성 후에도 피코팅면과의 접착력이 약화될 수 있는 문제점이 있고, 250 cps를 초과할 경우 얇은 두께의 코팅층으로 제조하기 어렵고, 제조되더라도 표면의 균일하지 않을 수 있으며, 코팅공정이 용이하지 않을 수 있고, 특히 스프레잉 방식의 코팅일 경우 더욱 코팅공정이 어려울 수 있다. 또한, 코팅층 내 카본블랙의 분산성이 저하될 수 있는 문제가 있다.

한편, 본 발명은 도 1에 도시된 것과 같이 기재(10a) 및 상기 기재(10a)의 외부면 적어도 일부분에 본 발명에 따른 방열 코팅조성물이 도포되어 경화된 방열 코팅층(10b)을 포함하는 방열유닛(100)을 포함한다.

상기 기재(10a)는 기능적으로 방열특성의 유무와 관계없이 본 발명에 따른 방열 코팅조성물이 도포된 후 코팅층을 형성할 수 있을 정도의 기계적 강도를 갖는 경우 제한 없이 채용될 수 있다. 이에 재질적으로 상기 기재(10a)는 금속, 비금속 및 고분자 유기화합물 중 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 금속의 경우 알루미늄, 구리, 아연, 은, 금, 철, 이들의 산화물 및 상기 금속들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속 재질로 성형된 것일 수 있다. 또한, 상기 비금속은 산화알루미늄, 통상적으로 세라믹으로 통칭되는 성분일 수 있다. 또한, 상기 고분자 유기화합물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지(ABS), 아크릴로니트릴-스티렌 수지(AN), 메타크릴수지(PMMA), 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT). 불소수지, 페녹시 수지, 페놀수지(PE), 유레아 수지(UF), 멜라민수지(MF), 불포화 폴리에스테르 수지(UP), 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지와 같은 통상적으로 플라스틱으로 통칭되는 고분자 유기화합물일 수 있다.

상기 기재(10a)의 형상은 제한이 없다. 상기 기재(10a)가 방열특성을 갖는 기재일 경우 외부로 열의 방사시키기 위한 표면적을 넓히기 위하여 도 1과 같이 다수개의 첨상의 방열핀(10a₁)이 구비된 구조일 수 있다. 또는 도 2와 같이 기재(10a)는 판상의 방열핀(10a₂)이 구비된 구조일 수도 있다. 또는, 도 3과 같이 밑판의 양 측단이 서로 대향하도록 상부로 절곡되어 방열핀의 기능을 수행하는 구조의 기재(12a)일 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 방열 코팅조성물로 형성된 방열코팅층(10b,11b,12b)은 향상된 방열성능을 발현함에 따라서 도 3과 같은 방열유닛(100")은 기재(12a)의 방열핀 개수가 도 1 및 도 2보다 적음에도 불구하고, 방열코팅층이 구비되지 않은 채로 구조적으로 표면적이 증가된 도 1이나 도 2와 같은 형상만을 갖는 방열기재보다도 방열성능에서 월등히 우수할 수 있다. 이에 따라서 도 1 및 도 2와 같이 구조적으로 성형하기 어렵고, 제조시간과 제조단가가 상승할 수 있는 구조의 기재(10a,11a)를 채용하지 않더라도 목적하는 수준의 방열성능을 달성할 수 있는 이점이 있다.

또한, 도 1이나 도 2와 같이 기재(10a,11a)가 다수개의 방열핀(10a₁,11a₁)을 구비하는 복잡한 형상의 경우에도 방열 코팅층의 접착성이 우수함에 따라서 구부러지거나 단차가 형성된 외부면에도 방열코팅층이 박리되거나 크랙이 발생하지 않을 수 있다.

상기 기재(10a,11a,12a)의 두께, 길이, 폭 등은 방열유닛(100,100',100")이 구비되는 적용처의 크기, 위치에 따라서 다양하게 변경될 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

한편, 도 3과 같이 상기 기재(12a)는 외부면과 방열코팅층(12b) 사이에 기능층(12c)을 더 구비할 수 있고, 상기 기능층은 방열코팅층(12b)의 접착성을 향상시키기 위한 별도의 프라이머층이거나 또는 방열성능의 향상을 위하여 기재(12a)의 외부면을 아노다이징 등의 표면 개질시켜 형성된 산화피막일 수 있다.

본 발명에 따른 방열 코팅 조성물은 상술한 기재(10a,11a,12a)의 적어도 일영역에 피복되어 방열 코팅층을 형성하며, 도 1 내지 도 3과 다르게 기재(10a,11a,12a) 일부분에만 방열코팅층이 형성될 수 있다. 이는 일부 피복시 피복되는 면적은 목적하는 수준의 방열성능에 따라 달라질 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

상기 방열코팅층(10b,11b,12b)은 본 발명에 따른 방열코팅조성물이 기재의 외부면 상에서 경화되어 형성된다. 상기 방열코팅층(10b,11b,12b)을 형성시키는 구체적인 방법은 방열 코팅조성물을 기재에 코팅시키는 공지된 방법을 선택하여 사용할 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써 스프레이, 딥 코팅, 실크 스크린, 롤 코팅, 침적 코팅 또는 스핀 코팅 등의 방법으로 다양한 기재 위에 도포하여 제조할 수 있다.

상기 코팅 후 경화시 사용되는 코팅층 형성성분의 주제수지 종류, 경화형 주제 수지일 경우 함께 구비되는 경화제의 종류에 따라서 열 및/또는 광을 처리하여 코팅조성물을 코팅층으로 구현시킬 수 있다. 가해지는 열의 온도 및/또는 광의 세기와 처리 시간 등은 사용되는 주제수지 종류, 경화제의 종류, 이들의 함량, 도막두께 등에 따라 차이가 있을 수 있다. 일예로, 상술한 비스페놀 A형 에폭시 수지를 주제수지로 포함하고, 폴리아미드 경화제를 구비하는 경우 기재의 변형점 미만의 온도인 60℃ 내지 300℃의 온도 하에서 10분 내지 120분간 처리될 수 있다. 만일 처리온도가 60℃ 미만일 경우, 방열 코팅 조성물이 기재상에 피복되기 어렵고, 처리온도가 300℃를 초과할 경우 기재의 변형이나 제조단가가 상승되는 문제가 있다. 또한, 처리 공정시간이 10분 미만일 경우 역시 기재상에 방열 코팅 조성물이 피복되기 어렵고, 표면처리 공정시간이 120분을 초과할 경우, 상기 방열장치의 제조시간이 불필요하게 증가하기 때문에 상기 방열장치는 10분 내지 120분간 표면처리 공정이 진행되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 사용되는 방열 코팅 조성물은 고체 기재, 특히 금속기재와 접촉시킨 후 공기 중에 노출시켜 상온 또는 50℃ 이하의 온도에서 수분 내에 끈적거림이 없이 신속하게 경화하는 피막을 형성함으로써 작업장에서 먼지 등에 의한 오염 가능성이 적고 최종 경화도 비교적 낮은 온도에서 수행할 수 있어 작업성이 우수할 뿐만 아니라 경화 중에 금속기재의 변형도 방지할 수 있다.

형성된 방열 코팅층(10b,11b,12b)은 두께가 10 ~ 100㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 15 ~ 50㎛일 수 있다. 만일 두께가 100㎛를 초과하는 경우 코팅 표면에 끓음 현상 등이 발생하는 문제점이 있을 수 있고, 두께가 10㎛ 미만일 경우 방열 특성 저하 문제점이 있을 수 있다.

또한, 상기 방열 코팅층(10b,11b,12b)은 방열코팅층 전체 중량에 대하여 카본계 필러를 5 ~ 30 중량%로 포함할 수 있다. 구현된 방열코팅층 내에 카본계 필러가 5 중량% 미만으로 구비되는 경우 목적하는 수준의 방열성능을 발현하지 못할 수 있는 문제가 있다. 또한, 만일 카본계 필러가 30 중량%를 초과할 경우 코팅층의 접착력이 약화되어 박리가 쉽게 발생하고, 코팅층의 경도가 커져 물리적 충격에 쉽게 깨지거나 부스러질 수 있다. 또한, 코팅층의 표면에 돌출된 카본계 필러가 많아짐에 따라서 표면거칠기가 증가하여 코팅층의 표면품질이 저하될 수 있다. 더불어 카본계 필러가 더 구비되더라도 방열성능의 향상 정도는 미미할 수 있다.

한편, 본 발명의 방열 코팅층을 형성시키는 방열 코팅 조성물은 코팅층의 곡강도의 실질적인 증가, 코팅층과 기재간의 우수한 접착력, 향상된 내습성 및 내후성, 카본계 필러의 습윤성을 향상시킬 수 있으며, 컴파운딩 시 점도저하 및 방열 코팅층이 형성된 기재 표면 연성을 증가시킬 수 있다. 또한, 우수한 방열성, 유기용매에 대해 뛰어난 내용매성을 발현하며, 경화시 변색이 없고, 열전도의 조절이 용이함에 따라 이로 구현된 방열코팅층을 포함하는 방열유닛은 향상된 물성을 지속적으로 발현할 수 있다. 이에 따라서 LED 램프 등의 조명장치, 에너지 충전장치, 히터장치, 디스플레이 장치, 엔진, 모터 등의 동력장치, 배터리 등의 에너지 저장장치, 열교환기, 응축기, 증발기 등의 전기전자, 자동차, 에너지, 항공우주 산업 전반의 방열유닛이나 하우징에 널리 응용될 수 있다.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

<실시예 1>

코팅층형성성분은 주제수지로 에폭시 당량이 550 g/eq인 비스페놀A형 에폭시수지(국도화학, YD-011) 100 중량부에 대하여 폴리아미드계의 경화제(국도화학, G-5022)를 65 중량부, 평균입경이 150㎚이고, D90이 190㎚인 카본블랙을 22 중량부, 에폭시계 실란화합물인 물성증진성분(Shanghai Tech Polymer Technology, Tech-7130) 3 중량부, 분산제(이소부틸알데하이드와 우레아의 축합물) 18 중량부, 용매로 메틸에틸케톤 18 중량부, 톨루엔 28.8 중량부, 사이클로핵사논 285 중량부를 혼합하여 교반하였다. 교반 후 혼합물 내에 포함된 기포를 제거하였고, 최종 점도를 25℃ 기준 100 ~ 130 cps로 제조하여 하기 표 1과 같은 방열코팅조성물을 제조하였고, 이후 5℃에서 저장하였다.

<실시예 2 ~ 20>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1, 표 2 또는 표 3과 같이 카본계 필러의 종류, 평균입경, 입도분포 및 코팅층 형성성분의 종류 등을 변경하여 표 1, 표 2 또는 표 3과 같은 방열코팅조성물을 제조하였다.

<비교예 1 ~ 4>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 4와 같이 카본계 필러의 함량, 방열필러의 종류를 변경하여 하기 표 4와 같은 방열코팅조성물을 제조하였다.

<실험예 1>

실시예 및 비교예에서 제조된 방열 코팅조성물을 도 4와 같은 양측단이 상부방향으로 절곡된 형상의 알루미늄 재질(Al 1050)로, 두께 1.5㎜, 가로×세로×높이 각각 35㎜×34㎜×12㎜의 무게 8.12g 기재 전면에 최종 두께가 25㎛가 되도록 스프레잉 코팅하여 도포 후 150℃ 온도로 10분간 열처리 방열코팅층이 형성된 방열유닛을 제조한 후 하기의 물성을 평가하여 표 1 내지 표 4에 나타내었다.

1. 열방사성 평가

가로, 세로, 높이 각각 30㎝×30㎝×30㎝인 아크릴 챔버 중앙에 방열유닛을 위치시킨 후 챔버 내부의 온도와 방열유닛의 온도를 25±0.2℃가 되도록 조절하였다. 이후 방열유닛에 열원(세라믹 heater가 결합된 구리블럭)을 TIM(열전도성 테이프 : 1W/mk)을 사용하여 붙여 시험시편을 제조하였다. 제조된 시편의 열원에 일정 전류를 인가하여 열을 발생시키고, 1시간 유지한 후 방열유닛의 온도를 측정하여 열방사율을 평가하였다. 구체적으로 열방사율은 방열코팅층이 구비되지 않은 기재에 대해 동일 조건에서 측정한 온도를 기준으로 하여 하기 수학식에 따라서 계산하였다.

[수학식]

열방사율(%)= {1-(시험시편의 온도(℃)/미코팅 기재의 온도(℃))}× 100

다만, 실시예 13, 비교예 2의 경우 내구성, 접착성 평가 결과 열악한 것으로 측정되어 방사성 평가를 생략하였다.

2. 방열성능의 균일성 평가

가로, 세로, 높이 각각 30㎝×30㎝×30㎝인 아크릴 챔버 중앙에 방열유닛을 위치시킨 후 챔버 내부의 온도와 방열유닛의 온도를 25±0.2℃가 되도록 조절하였다. 이후 방열유닛의 밑판 하부면 정중앙 지점에 직경이 15㎜, 두께 1.5㎜, 온도가 115℃인 열원을 직접 접촉시킨 후, 정중앙에서 대각선의 연장선 상에 있는 방열유닛 끝단의 절곡지점 4군데 지점의 온도를 계속 측정하였다. 이후, 상기 4군데 지점의 온도가 각각 10℃ 상승하는데 소요되는 시간을 초단위로 각각 측정한 후, 4군데 지점 소요시간들에 대한 표준편차를 계산하였다. 표준편차가 작을수록 방열성능이 균일하다고 볼 수 있고, 방열코팅층의 카본계필러 분산성이 높다고 해석할 수 있다.

3. 내구성 평가

온도가 60℃, 상대습도가 90%인 챔버내 방열유닛을 배치한 후 480시간 경과 후 방열유닛의 표면상태를 육안으로 평가하였다. 평가결과 방열코팅층의 크랙, 박리(들뜸) 유무를 확인하여 이상이 없는 경우 ○, 이상이 발생한 경우 ×로 나타내었다.

4. 접착성 평가

내구성을 평가한 시편에 대하여 1㎜ 간격이 되도록 나이프로 크로스 컷팅을 했다. 이후 이후 컷팅된 면에 스카치테이프를 부착하고 60° 각도로 잡아당겨 코팅층이 박리되는 상태를 확인한다. 평가기준은 ISO 2409에 의거하여 평가했다. (5B: 0%, 4B: 5%이하, 3B: 5~15%, 2B: 15~35%, 1B: 35~65%, 0B: 65%이상)

5. 표면품질평가

방열유닛의 표면품질을 확인하기 위하여, 손으로 표면을 만져보아 울퉁불퉁하거나 거친 느낌이 있는지 확인하였다. 매끄러운 느낌이 있는 경우 5, 거친느낌이 있는 부분의 면적이 방열유닛 외부면 전체 면적 중 2% 이하일 경우 4, 2%초과 5% 이하의 면적일 경우 3, 5%초과 10% 이하의 면적일 경우 2, 10%초과 20% 이하의 면적일 경우 1, 20%초과의 면적일 경우 0으로 나타내었다.

		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7
코팅층형성성분	주제수지(종류/ 에폭시당량(g/eq)/함량(중량부))	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100
	경화제(종류/아민가(mgKOH/g)/함량(중량부))	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65
카본계필러	종류/함량(중량부)	카본블랙/22	카본블랙/10	카본블랙/15	카본블랙/18	카본블랙/40	카본블랙/45	카본블랙/68
	평균입경(㎚)/D90(㎚)	150/192	150/192	150/192	150/192	150/192	150/192	150/192
물성증진성분 (중량부)		3	3	3	3	3	3	3
방열유닛	코팅층두께 (㎛)	25	25	25	25	25	25	25
	열방사성(%)	14.53	12.35	13.55	14.04	14.53	14.53	14.65
	방사성능 균일성	0.07	0.07	0.08	0.08	0.09	0.16	0.23
	접착성	5B	5B	5B	5B	5B	4B	4B
	내구성	○	○	○	○	○	○	○
	표면품질	5	5	5	5	5	5	3

		실시예8	실시예9	실시예10	실시예11	실시예12	실시예13	실시예14
코팅층형성성분	주제수지(종류/ 에폭시당량(g/eq)/함량(중량부))	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-136)/310/100	BPA(YD-012H)/650/100
	경화제(종류/아민가(mgKOH/g)/함량(중량부))	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65
카본계필러	종류/함량(중량부)	카본블랙/22	카본블랙/22	카본블랙/22	카본블랙/22	카본블랙/22	카본블랙/22	카본블랙/22
	평균입경(㎚)/D90(㎚)	31/64	58/65	234/253	261/280	240/272	150/192	150/192
물성증진성분 (중량부)		3	3	3	3	3	3	3
방열유닛	코팅층두께 (㎛)	25	25	25	25	25	25	25
	열방사성(%)	14.53	14.53	14.53	14.15	14.00	-	12.95
	방사성능 균일성	0.06	0.06	0.08	0.12	0.08	-	0.22
	접착성	5B	5B	5B	5B	4B	0B	2B
	내구성	○	○	○	○	○	×	○
	표면품질	5	5	5	4	3	5	5

		실시예15	실시예16	실시예17	실시예18	실시예19	실시예20
코팅층형성성분	주제수지(종류/ 에폭시당량(g/eq)/함량(중량부))	BPF(YDF-2001)/480/100	고무변성에폭시(KR-202C)/380/100	DCPD(KDCP-150)/280/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100
	경화제(종류/아민가(mgKOH/g)/함량(중량부))	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	아미도아민(G-A0533)/330/ 65	지환족아민(KH-825)/275/ 65	페날카민(KMH-121X80)/200/ 65
카본계필러	종류/함량(중량부)	카본블랙/22	카본블랙/22	카본블랙/22	카본블랙/22	카본블랙/22	카본블랙/22
	평균입경(㎚)/D90(㎚)	150/192	150/192	150/192	150/192	150/192	150/192
물성증진성분 (중량부)		3	3	3	3	3	3
방열유닛	코팅층두께 (㎛)	25	25	25	25	25	25
	열방사성(%)	-	13.16	13.72	14.05	14.11	13.98
	방사성능 균일성	-	0.19	0.18	0.10	0.11	0.15
	접착성	0B	1B	1B	2B	OB	0B
	내구성	×	○	○	○	×	×
	표면품질	5	5	5	5	5	4

		비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
코팅층형성성분	주제수지(종류/ 에폭시당량(g/eq)/함량(중량부))	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100	BPA(YD-011)/550/100
	경화제(종류/아민가(mgKOH/g)/함량(중량부))	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65	PA(G-5022)/220/ 65
필러	종류/함량(중량부)	카본블랙/5	카본블랙/75	이산화티타늄 /22	카본블랙/22
	평균입경(㎚)/D90(㎚)	150/192	150/192	208/255	150/190
물성증진성분 (중량부)		3	3	3	불포함
방열유닛	코팅층두께 (㎛)	25	25	25	25
	열방사성(%)	8.7	-	12.35	13.25
	방사성능 균일성	0.07	-	0.13	0.28
	접착성	5B	0B	5B	2B
	내구성	○	×	○	×
	표면품질	5	2	5	5

먼저, 표 1에서 확인할 수 있듯이,

카본계 필러의 함량이 본 발명의 바람직한 범위내 있는 실시예 1, 4, 5의 경우가 실시예 2, 3, 6, 7에 비하여 열방사성 및 접착성이 동시에 달성되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 6 및 7에서 확인할 수 있듯이, 카본계 필러의 함량이 증가해도 열방사성의 향상정도는 미미하고, 오히려 접착성이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 방사성능의 균일성도 함께 저하되는 것을 확인할 수 있다.

다음으로 표 2에서 확인할 수 있듯이,

카본블랙이 동일함량으로 구비되는 실시예 1, 실시예 8 내지 실시예 12에서 평균입경이 250㎚를 초과하는 실시예 11의 경우 표면품질이 저하, 방사성능 균일성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 카본블랙의 D90이 260㎚를 초과하는 실시예 12의 경우 표면품질의 현저히 저하되었고, 접착성도 동시에 저하된 것을 확인할 수 있다.

한편, 주제수지인 에폭시 수지의 에폭시 당량이 바람직한 범위 미만인 실시예 13의 경우 접착성 및 내구성이 현저히 좋지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, 주제수지인 에폭시 수지의 에폭시 당량이 바람직한 범위를 초과하는 실시예 14의 경우 접착성이 현저히 저하되고, 방사성능의 균일성도 저하된 것을 알 수 있다.

다음으로 표 3에서 확인할 수 있듯이,

주제수지의 종류가 비스페놀A형 에폭시가 아닌 다른 종류의 에폭시 수지를 사용한 실시예 15 내지 실시예 17의 경우 열방사성, 접착성, 내구성 및 방사균일성 중 2개 이상의 물성이 저하된 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 모든 물성을 달성하기에 적합하지 않음을 알 수 있다.

또한, 경화제로 폴리아미드계가 아닌 다른 종류를 사용한 실시예 18 내지 실시예 20의 경우 방사성능이 실시예 1보다 저하되었고, 접착성과 내구성이 현저히 저하되었으며, 실시예 20의 경우 표면특성도 저하된 것을 확인할 수 있다.

다음으로 표 4에서 확인할 수 있듯이,

카본계 필러의 함량이 본 발명에 따른 범위를 벗어나는 비교예 1의 경우 열방사성이 실시에에 비해 현저히 좋지 않음을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 2의 경우 내구성과 접착성, 표면특성이 매우 조악한 것을 확인할 수 있다.

또한, 필러의 종류를 이산화티타늄으로 구비한 비교예 3의 경우 접착성, 내구성이 우수했으나, 열방사성의 정도는 실시예 2수준으로써, 실시예 2의 필러함량이 비교예 3보다 1/2 미만임을 고려할 때 카본블랙이 이산화티타늄보다 방열성능이 매우 뛰어난 것을 예상할 수 있다.

또한, 물성증진성분을 포함하지 않은 실시예4의 경우 방사성, 방사성능 균일성, 접착성 및 내구성이 모두 저하되는 것을 확인할 수 있다.

<실험예 2>

실험예 1에서 제조된 방열유닛 중 실시예 1의 조성물을 통해 제조된 방열유닛(제조예4)과 방열코팅층이 처리되지 않은 도 4와 같은 방열기재(비교제조예5) 및 도 5와 같은 구조의 알루미늄 재질(Al 6063)로, 두께 2㎜, 가로×세로×높이 각각 35㎜×34㎜×12㎜의 무게 24.33g의 방열기재(비교제조예6) 간에 대하여 하기의 물성을 평가하여 하기 표 5에 나타내었다.

1. 열원의 온도변화

가로, 세로, 높이 각각 30㎝×30㎝×30㎝인 아크릴 챔버 중앙에 방열유닛을 위치시킨 후 챔버 내부의 온도와 방열유닛의 온도를 25±0.2℃가 되도록 조절하였다. 이후 방열유닛의 밑판 하부면 정중앙 지점에 직경이 15㎜, 두께 1.5㎜인 세라믹 발열체를 직접 접촉시킨 후 620㎃, 5.2V의 전원을 인가하고, 2시간 경과 한 뒤의 열원의 온도를 측정하였다.

2. 챔버 내부 온도변화

가로, 세로, 높이 각각 30㎝×30㎝×30㎝인 아크릴 챔버 중앙에 방열유닛을 위치시킨 후 챔버 내부의 온도와 방열유닛의 온도를 25±0.2℃가 되도록 조절하였다. 이후 방열유닛의 밑판 하부면 정중앙 지점에 직경이 15㎜, 두께 1.5㎜인 세라믹 발열체를 직접 접촉시킨 후 620㎃, 5.2V의 전원을 인가하고, 2시간 경과 한 뒤 챔버내부의 온도를 측정하였다.

		제조예4	비교제조예5	비교제조예6
방열유닛	코팅층 유무	○(실시예4)	×	×
	열원온도(℃)	70.6	82.6	79.0
	챔버내부온도(℃)	26.5	26.2	26.2

상기 표 5에서 확인할 수 있듯이,

표면적이 큰 비교 제조예 6의 방열기재가 비교 제조예 5의 방열기재에 비해 방열성능이 다소 높은 것을 확인할 수 있다.

한편, 표면적이 작은 비교 제조예 5의 방열기재에 본 발명의 일실시예에 따른 코팅조성물로 구현된 방열코팅층을 갖는 제조예 4의 경우 방열기재 자체의 표면적이 낮음에도 불구하고 비교제조예 6보다 약 10% 정도 방열성능이 향상된 것을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10a,11a,12a: 기재 10b,11b,12b: 방열코팅층
12c: 기능층 100,100',100": 방열유닛

Claims (19)

1. 주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분;
   상기 주제수지 100 중량부에 대하여 17 ~ 42 중량부로 포함되고, 평균입경이 50 ~ 250㎚ 이며, D90이 260㎚ 이하인 카본계 필러; 및
   방열성 및 부착성 향상을 위한 물성증진성분;을 포함하며, 점도가 25℃에서 50 ~ 250cps인 방열 코팅조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주제수지는 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 선형 지방족형(linear Aliphatic) 에폭시 수지, 고무변성 에폭시 수지 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 에폭시 수지를 포함하는 방열 코팅조성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 카본계 필러는 그라파이트 및 카본블랙 중 어느 하나 이상을 포함하는 방열 코팅조성물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 코팅층 형성성분은 산무수물계, 아민계, 이미다졸계, 폴리아미드계 및 폴리메르캅탄계 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 경화제를 더 포함하는 방열 코팅조성물.
5. 제2항에 있어서,
   상기 주제수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 글리시딜에테르형 에폭시 수지인 방열 코팅조성물.
6. 제5항에 있어서,
   상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 당량이 350 ~ 600 g/eq 인 방열 코팅조성물.
7. 제1항에 있어서,
   상기 코팅층 형성성분은 주제수지로 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하고, 경화제로 폴리아미드계 성분을 더 포함하는 방열 코팅조성물.
8. 제7항에 있어서,
   상기 폴리아미드계 성분은 아민가가 180 ~ 300 mgKOH/g 인 폴리아마이드계 성분인 방열 코팅조성물.
9. 제1항에 있어서,
   상기 물성증진성분은 3-(N-아닐-N-글리시딜)아미노프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸에톡시실란, γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸메톡시실란 및 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 방열 코팅조성물.
10. 삭제
11. 제7항에 있어서,
    상기 폴리아미드계 성분을 포함하는 경화제는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 45 ~ 75 중량부로 구비되는 방열 코팅조성물.
12. 삭제
13. 제9항에 있어서,
    상기 물성증진성분은 주제수지 100 중량부에 대하여 2 ~ 5 중량부로 포함되는 방열 코팅조성물.
14. 삭제
15. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층 형성성분은 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 주제수지 및 폴리아미드계 성분을 포함하는 경화제를 구비하고, 상기 카본계 필러는 카본블랙을 포함하는 방열 코팅조성물.
16. 삭제
17. 기재; 및
    제1항 내지 제9항, 제11항, 제13항 및 제15항 중 어느 한 항에 따른 방열 코팅조성물이 상기 기재 외부면의 적어도 일부분에 도포되어 경화된 방열 코팅층;을 포함하는 방열유닛.
18. 제17항에 있어서,
    상기 방열코팅층의 두께는 10 ~ 100㎛인 방열유닛.
19. 제17항에 있어서,
    상기 방열 코팅층은 방열코팅층 전체 중량에 대하여 카본계 필러를 5 ~ 30 중량%로 포함하는 방열유닛.

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