KR20220109205A - 수지 조성물의 마모도 평가방법 - Google Patents

Abstract

본 출원은 수지 조성물 내의 필러의 종류, 크기 및 혼합 비율에 따른 마모도를 측정할 수 있고, 필러가 포함된 수지 조성물이 공정 장비에 미칠 수 있는 영향을 미리 예측할 수 있는 수지 조성물의 마모도 평가방법을 제공한다.

Description

수지 조성물의 마모도 평가방법{A method for evaluate abrasion of resin composition}

본 출원은 수지 조성물의 마모도 평가방법에 관한 것이다.

수지 조성물은 방열성(열전도성)을 확보하기 위해서 또는 공정상 필요에 따른 요변성을 확보하기 위해서, 필러가 포함될 수 있다.

예를 들면, 최근 전기 제품, 전자 제품 또는 이차 전지 등의 배터리에서 발생되는 열의 처리가 중요한 이슈가 되면서, 수지 성분에 필러를 배합한 수지 조성물이 사용되고 있다.

특허문헌 1에는 이러한 수지 조성물을 적용한 배터리 모듈이 알려져 있다. 이와 같은 배터리 모듈에 수지 조성물을 주입하기 위해서는 주입 장치 등을 이용한다. 이 때, 수지 조성물은 필러가 포함된 상태이고 일반적으로 필러의 경도가 높다보니, 주입 장치 등이 마모되는 문제가 발생하였다.

주입 장치 등의 마모되는 문제를 고려하여 낮은 경도의 필러를 사용하거나 필러의 함유량을 낮추었으나, 수지 조성물이 가지고자 하는 방열성 또는 요변성 등을 확보할 수 없었다.

이러한 상황에서, 필러가 포함된 수지 조성물을 제조할 때 실제 공정에 사용되는 장비가 상기 수지 조성물로 인하여 가해지는 마모도를 객관적이고 정확하게 예측하는 수지 조성물의 마모도 평가방법이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0105354호

본 출원은 수지 조성물의 마모도 평가방법을 제공한다.

또한, 본 출원은 수지 조성물의 필러의 종류, 크기 및 혼합 비율에 따른 마모도를 측정할 수 있는 수지 조성물의 마모도 평가방법을 제공한다.

또한, 본 출원은 필러가 포함된 수지 조성물을 제조할 때 실제 공정에 사용되는 장비가 상기 수지 조성물로 인하여 가해지는 마모도를 객관적이고 정확하게 예측하는 수지 조성물의 마모도 평가방법을 제공한다.

본 출원에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 그 물성에 영향을 미치는 경우, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상온에서 측정한 물성이다.

본 출원에서 사용되는 용어인 상온은 가열되거나 냉각되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도일 수 있다.

본 출원의 일 예에 따른 마모도 평가방법은 패드 상에 존재하는 수지 조성물을 회전 가압 수단으로 가압하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 출원의 일 예에 따른 마모도 평가방법은 수지 조성물을 마모도의 측정 대상으로 하고, 수지 성분 및 필러를 포함하는 수지 성분에 대한 마모도를 측정하는데 적합하다.

본 출원의 일 예에 따른 마모도 평가방법에서 수지 조성물은 패드(polishing pad) 상에 존재 할 수 있다. 상기 수지 조성물은 패드 상에 로딩되어 놓여짐으로써 존재할 수 있다. 이 때, 패드는 마모도의 측정 대상인 수지 조성물이 놓여질 공간을 마련할 수 있다.

패드는 수지 조성물의 마모도를 측정하면서 수행되는 회전 및 가압 환경을 견디는 것이 바람직하다. 이 때, 구체적인 회전 및 가압 환경은 하기에 서술하도록 한다. 또한, 패드는 그 표면에 로딩된 수지 조성물이 이탈되지 않고 마모 시편의 마모에 영향을 주지 않기 위해, 적절한 마찰력을 가질 수 있고, 그 표면이 매우 단단하거나 부드럽지 않으면서 적절한 경도(hardness)를 가질 수 있다.

전술한 바와 같이 패드가 가질 수 있는 특징을 나열하였으나, 패드는 그 표면에 로딩된 수지 조성물이 이탈되지 않고 상기 마모도 평가방법의 일련의 과정에서 마모 시편의 마모에 영향을 주지 않는 표면 특성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.

패드는 STRUERS 社의 제품인 MD-nap, MD-Dur, MD-Dac, MD-mol, MD-plan, MD-plusm MD-Chem, MD- Pan, MD-Floc 또는 MD-Sat 등을 사용할 수 있고, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.

본 출원의 일 예에 따른 마모도 평가방법에서 마모도 측정 시, 회전 및 가압 환경에 의해 상기 패드가 고정되지 못하여 마모 시편의 마모에 영향이 가는 것을 방지하기 위해, 패드는 수지 조성물이 존재하는 면의 반대면에 자석 부재가 구비되어 있을 수 있다.

패드는 형상이 특별하게 제한되는 것은 아니고, 예를 들면, 사각형 또는 원형 등일 수 있다. 또한, 패드의 넓이도 특별하게 제한되는 것은 아니고, 수지 조성물이 적당히 놓여질 공간을 제공하면서, 마모도 측정 시 상기 수지 조성물이 패드의 외부로 이탈되지 않을 정도인 넓이면 족하다.

본 출원의 일 예에 따른 마모도 평가방법에서 회전 가압 수단은 마모 시편이 장착되어 있는 가압 플레이트(pressure plate)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 가압 플레이트는 마모 시편을 장착할 수 있는 공간이 마련되어 있을 수 있고, 마모 시편을 상기 공간에 장착하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 공간은 형상이 특별하게 제한되는 것은 아니고 예를 들면, 사각형 또는 원형 등일 수 있다. 가압 플레이트도 상기 공간을 형성할 수 있으면 형상이 특별하게 제한되는 것은 아니고, 예를 들면, 사각형 또는 원형 등일 수 있다.

회전 가압 수단은 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 회전 가압 수단의 회전축과 가압 플레이트에 장착된 마모 시편의 중심과의 거리가 40 mm 이상, 42 mm 이상, 44 mm 이상 또는 46 mm 이상일 수 있고, 다른 예시에서 60 mm 이하, 57.5 mm 이하, 55 mm 이하, 52.5 mm 이하, 50 mm 이하 또는 47.5 mm 이하일 수 있다. 여기서, 마모 시편의 중심은 무게 중심일 수 있다.

회전 가압 수단의 회전축과 가압 플레이트에 장착된 마모 시편의 중심과의 거리가 상기 범위를 만족하는 경우에는 패드에 존재하는 수지 조성물이 편중되지 않고 골고루 마모 시편과 접촉할 수 있으므로 효율적인 마모도 평가가 가능하다.

수지 조성물은 마모 시편과 접촉할 수 있다. 마모 시편은 수지 조성물에 의해 마모가 발생되는 것으로, 수지 조성물의 마모도를 측정하는 시편을 의미한다.

마모 시편의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니지만 가압 플레이트에 마련된 공간의 형상에 따라서 선택될 수 있다. 또한, 수지 조성물의 제조 공정에서 사용되는 주입 장비 등에는 체결구로서 원환체 형태를 사용하는 경우가 있고, 수지 조성물의 마모가 잘 발생되어야 한다는 점을 고려하면 마모 시편은 원환체 형상을 가질 수도 있다.

마모 시편이 원환체일 때, 마모 시편은 내경 대비 외경의 비율이 1.25 이상, 1.5 이상 또는 1.75 이상일 수 있고, 다른 예시에서는 5 이하, 4 이하, 3 이하 또는 2.5 이하일 수 있다.

원환체인 마모 시편의 내경 및 외경 비율이 상기 범위를 만족하는 경우에는 정확도가 높은 마모도 측정이 가능하다. 내경 및 외경 비율이 상기 범위에 비해 작은 경우에는 수지 조성물과 마모 시편 사이의 접촉 면적이 줄어들어 측정 효율이 낮아지고, 내경 및 외경 비율이 상기 범위에 비해 큰 경우에는 마모 시편 자체의 내구성이 낮아져 마모도 측정 시 파괴될 수 있다.

또한, 원환체인 마모 시편의 외경은 25 mm 이상, 28 mm 이상, 30 mm 이상 또는 32 mm 이상일 수 있고, 다른 예시에서 40 mm 이하, 38 mm 이하 또는 36 mm 이하일 수 있다. 또한, 마모 시편이 원환체일 때, 상기 마모 시편의 두께는 0.5 mm 이상, 0.75 mm 이상, 1 mm 이상, 1.25 mm 이상, 1.5 mm 이상 또는 1.75 mm 이상일 수 있고, 다른 예시에서 3 mm 이하, 2.8 mm 이하, 2.6 mm 이하, 2.4 mm 이하 또는 2.2 mm 이하일 수 있다.

한편, 마모 시편은 브리넬 경도(Brinell hardness)(KS B 0805)가 약 175 HB 이상, 177.5 HB 이상, 180 HB 이상, 182.5 HB 이상 또는 185 HB 이상일 수 있고, 다른 예시에서, 195 HB 이하, 192.5 HB 이하 또는 190 HB 이하일 수 있다. 마모 시편의 브리넬 경도가 상기 범위를 만족하는 경우에는 수지 성분 및 필러를 포함한 수지 조성물의 마모도를 평가하는데 적합하다.

마모 시편은 그의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 마모 시편으로 수지 조성물 외의 다른 요건으로부터 부식 등의 효과를 방지하기 위해서, 스테인레스 강(stainless steel)을 포함할 수 있다.

마모 시편은 수지 조성물과 접촉할 수 있다. 가압 플레이트에 장착된 마모 시편은 회전 가압 수단이 회전함으로써 회전될 수 있고, 이 때, 수지 조성물과 접촉한 마모 시편은 수지 조성물과 지속적으로 마찰을 발생시킨다. 여기서, 수지 조성물에 의해 지속적으로 마찰된 마모 시편의 표면은 연마되면서 마모된다.

회전 가압 수단은 외력에 의해서 회전될 수 있고, 회전 속도는 약 30 rpm 이상, 35 rpm 이상, 40 rpm 이상 또는 45 rpm 이상의 범위 내에서 유지될 수 있고, 다른 예시에서는 60 rpm 이하, 57.5 rpm 이하, 55 rpm 이하 또는 52.5 rpm 이하의 범위 내에서 유지될 수 있다. 마모 시편의 회전 속도가 상기 범위를 만족하는 경우에는 수지 조성물이 패드의 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 상기 회전 가압 수단은 회전축을 중심으로 회전할 수 있고, 상기 회전축은 상기 가압의 방향과 0 도 내지 10 도의 범위 내의 각도를 이룰 수 있다.

수지 조성물은 회전 가압 수단에 의해 가압될 수 있다. 가압될 때, 마모 시편과 수지 조성물 사이의 접촉면에 대한 마찰력이 상승하여 효율적인 마모도 측정이 가능하다.

마모 시편은 수지 조성물로 상기 외력을 전달할 수 있다. 즉, 마모 시편은 수지 조성물과 접촉한 채 수지 조성물에 회전력 및 압력을 전달할 수 있다.

이 때, 가압은 15 N 이하, 14 N 이하, 13 N 이하, 12 N 이하 또는 11 N 이하의 압력으로 수행될 수 있다. 또한, 가압의 하한은 0 N이 아니면 특별히 제한되는 것은 아니나, 마모 시편과 수지 조성물이 좀 더 밀착할 수 있을 정도면 족하다.

가압이 상기 범위를 만족하는 경우에는 수지 조성물이 패드의 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 가압은 3분 이상, 4분 이상, 5분 이상, 6분 이상, 7분 이상, 8 분 이상 또는 9 분 이상일 수 있고, 수지 조성물이 적절히 마모되어 마모도를 평가할 수 있을 정도면 특별히 제한되는 것은 아니다.

회전 가압 수단은 패드 상에 존재하는 수지 조성물을 가압할 수 있다. 이 때, 가압의 방향은 상기 패드 표면의 법선과 0 도 내지 10 도의 범위 내의 각도를 이룰 수 있다.

본 출원의 일 예에 따른 수지 조성물의 마모도 평가방법은 하기 수식 1에 따라 마모도를 평가할 수 있다. 여기서, 수지 조성물의 마모도는 하기 수식 1에 따라서 계산된 △W (단위: %)의 절대값을 의미할 수 있다.

[수식 1]

△W = (W_f-W_i)/W_i×100

상기 수식 1에서 W_f는 가압을 종료한 후 마모 시편의 질량(단위: g)이며, W_i는 가압 전의 마모 시편의 질량(단위: g)이다.

마모 시편의 마모량을 측정함으로써, 수지 조성물의 마모도를 측정할 수 있다.

본 출원의 일 예에 따른 수지 조성물의 마모도 평가방법은 마모도 △W의 절대값이 0.45% 이하, 0.44% 이하, 0.43% 이하, 0.42% 이하, 0.41% 이하 또는 0.4% 이하인 수지 조성물을 선택하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.

또한, 본 출원의 일 예에 따른 수지 조성물의 마모도 평가방법은 전술한 바와 같이 수지 조성물의 선택방법 내지는 수지 조성물의 제조방법일 수도 있다. 여기서, 수지 조성물의 제조방법인 경우에는 상기 마모도 △W의 절대값이 0.45% 이하가 되도록 수지 성분과 필러를 혼합하는 단계를 수행할 수도 있다.

수지 조성물은 수지 성분 및 필러를 포함할 수 있다. 또한, 수지 성분은 일반적으로 수지로서 알려진 성분은 물론 경화 반응이나 중합 반응을 거쳐서 수지로 전환될 수 있는 성분도 포함한다. 또한, 수지 조성물도 일반적으로 수지로서 알려진 성분은 물론 경화 반응이나 중합 반응을 거쳐서 수지로 전환될 수 있는 성분도 포함한다.

본 출원에서 사용되는 용어인 수지 성분은, 일반적으로 수지로서 알려진 성분은 물론 경화 반응이나 중합 반응을 거쳐서 수지로 전환될 수 있는 성분도 포함한다. 하나의 예시에서 상기 수지 성분으로는 접착제 수지 또는 접착제 수지를 형성할 수 있는 전구체를 적용할 수 있다. 이러한 수지 성분의 예로는, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 올레핀 수지, EVA(Ethylene vinyl acetate) 수지 또는 실리콘 수지 등이나, 폴리올(polyol) 또는 이소시아네이트(isocyanate) 화합물 등의 전구체 등이 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

여기서, 폴리올이란 히드록시기를 2개 이상 함유하는 화합물을 의미하며, 히드록시기를 2개 함유하고 있는 경우 디올(diol), 히드록시기를 3개 함유하고 있는 경우 트리올(triol)로 명칭될 수 있다. 또한, 이소시아네이트 화합물이란 이소시아네이트기를 1개 이상 함유하는 화합물을 의미하며, 이소시아네이트기를 2개 함유하고 있는 경우 디이소시아네이트(diisocyanate) 화합물로 명칭될 수 있다. 즉, 수지 성분으로 디올 또는 디이소시아네이트 등을 포함할 수 있다.

또한, 수지 조성물은 접착제 조성물, 즉, 그 자체로서 접착제이거나, 경화 반응 등과 같은 반응을 거쳐서 접착제를 형성할 수 있는 조성물일 수 있다. 이러한 수지 조성물은, 용제형 수지 조성물, 수계 수지 조성물 또는 무용제형 수지 조성물일 수 있다.

또한, 수지 조성물은 일액형 수지 조성물이거나, 이액형 수지 조성물일 수 있다. 이액형 수지 조성물은, 공지된 것과 같이 주제 조성물과 경화제 조성물로 분리되어 있고, 이 분리된 2개의 조성물을 혼합하여 반응시킴으로써 수지를 형성시킬 수 있는데, 본 출원의 수지 조성물이 이액형인 경우에 상기 수지 성분과 필러를 포함하는 수지 조성물은 상기 주제 조성물이거나, 경화제 조성물이거나, 그들의 혼합물이거나, 그들의 혼합 후 반응을 거친 후의 상태를 지칭할 수 있다.

또한, 수지 조성물은 우레탄 수지 조성물일 수 있고, 2액형 우레탄 수지 조성물일 수 있다. 상기 2액형 우레탄 수지 조성물은 주제 조성물과 경화제 조성물을 배합하여 수지를 형성할 수 있는 조성물이고, 이 때 상기 주제와 경화제의 반응에 의해 폴리우레탄이 형성될 수 있다.

또한, 수지 조성물은 일 예시에서 2액형 우레탄 수지 조성물의 주제 조성물, 2액형 우레탄 수지 조성물의 경화제 조성물 또는 상기 주제 및 경화제 조성물의 혼합물이거나, 혹은 상기 혼합물 내에서 우레탄 반응에 의해 우레탄 수지가 형성된 상태의 혼합물을 지칭할 수 있다.

2액형 우레탄 수지 조성물은 폴리올의 주제 조성물은 폴리올을 포함할 수 있고, 경화제 조성물은 폴리이소시아네이트 등의 이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있다.

또한, 수지 조성물은 그의 경화물이 열전도성을 확보하기 위해 필러를 포함할 수 있다.

본 출원의 용어 열전도성은, 수지 조성물이 지름이 2 cm 이상 및 두께가 500 ㎛인 디스크(disk)형 샘플(경화물)로 제작된 상태에서, 상기 샘플의 두께 방향을 따라서 ASTM D5470 규격 또는 ISO 22007-2 규격에 따라 측정한 때에 약 1.5 W/m·K 이상의 열전도성을 나타내는 경우를 의미할 수 있다.

상기 열전도도는 다른 예시에서 1.5 W/m·K 이상, 1.6 W/m·K 이상, 1.7 W/m·K 이상, 1.8 W/m·K 이상, 1.9 W/m·K 이상, 2.0 W/m·K 이상, 2.1 W/m·K 이상, 2.2 W/m·K 이상, 2.3 W/m·K 이상, 2.4 W/m·K 이상, 2.5 W/m·K 이상, 2.6 W/m·K 이상, 2.7 W/m·K 이상, 2.8 W/m·K 이상, 2.9 W/m·K 이상 또는 3.0 W/m·K 이상 정도일 수도 있다. 상기 열전도도는 높은 수치일수록 높은 열전도성을 의미하기 때문에, 그 상한이 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 열전도도는 20 W/m·K 이하, 18 W/m·K 이하, 16 W/m·K 이하, 14 W/m·K 이하, 12 W/m·K 이하, 10 W/m·K 이하, 8 W/m·K 이하, 6 W/m·K 이하 또는 4 W/m·K 이하일 수 있다.

필러의 형태나 함량 비율은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 수지 조성물의 점도, 수지 조성물 내에서 필러의 침강 가능성, 목적하는 열저항 내지는 열전도도, 절연성, 충진 효과 또는 분산성 등을 고려하여 구형 및 판상형 등의 형태가 선택될 수 있으며, 함량 비율도 적절히 조절될 수 있다.

또한, 절연 특성이 확보될 수 있다면, 그래파이트(graphite) 등의 탄소 필러의 적용도 고려할 수 있다. 예를 들면, 탄소 필러는 활성탄을 이용할 수 있다.

필러의 모양은 구형 및/또는 비구형(예를 들면, 침상형 및 판상형 등)을 필요에 따라서 적절히 선택되어 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

필러는 필요에 따라서 적절히 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 동일 종류의 필러를 사용하더라도 모양이 다른 것을 혼합하여 사용할 수 있고, 평균 입경이 다른 것을 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들면, 수산화 알루미늄 및 산화 알루미늄을 혼합하여 필러로 사용할 수 있으며, 이들의 모양과 평균 입경은 서로 다를 수 있다.

일반적으로 필러의 사이즈가 작아질수록 수지 조성물의 점도가 높아지고 수지 조성물의 경화물 내에서 필러가 침강할 가능성이 높아진다. 또한, 필러의 사이즈가 커질수록 열저항이 높아지는 경향이 있다. 따라서 상기와 같은 점을 고려하여 적정 종류의 필러가 선택될 수 있고, 필요하다면 2종 이상의 필러를 사용할 수도 있다.

또한, 충진되는 양을 고려하면 구형의 필러를 사용하는 것이 유리하지만, 열전도성 등을 고려하여 침상형이나 판상형 등과 같은 형태의 필러도 사용될 수 있다.

하나의 예시에서 수지 조성물은 평균 입경이 0.001 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위 내에 있는 필러를 포함할 수 있다. 다른 예시에서 필러의 평균 입경은 80 ㎛ 이하, 76 ㎛ 이하, 72 ㎛ 이하, 68 ㎛ 이하 또는 64 ㎛ 이하일 수 있고, 또 다른 예시에서는 평균 입경이 40 ㎛ 이상, 44 ㎛ 이상, 48 ㎛ 이상, 52 ㎛ 이상 또는 56 ㎛ 이상일 수 있다. 또한, 다른 예시에서 필러의 평균 입경은 40 ㎛ 미만, 36 ㎛ 이하, 32 ㎛ 이하 또는 28 ㎛ 이하일 수 있고, 다른 예시에서는 평균 입경이 5 ㎛ 이상, 7.5 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이상 또는 12.5 ㎛ 이상일 수 있다. 또 다른 예시에서 필러의 평균 입경은 5 ㎛ 미만, 4 ㎛ 이하, 3 ㎛ 이하 또는 1 ㎛ 이하 일 수 있고, 다른 예시에서 평균 입경은 0.001 ㎛ 이상, 0.01 ㎛ 이상, 0.05 ㎛ 이상, 0.1 ㎛ 이상, 0.2 ㎛ 이상, 0.4 ㎛ 이상, 0.8 ㎛ 이상 또는 1 ㎛ 이상일 수 있다.

이 때, 필러의 평균 입경은, 소위 D50 입경(메디안 입경)으로서, 입도 분포의 체적 기준 누적 50%에서의 입자 지름을 의미할 수 있다. 즉, 체적 기준으로 입도 분포를 구하고, 전 체적을 100%로 한 누적 곡선에서 누적치가 50%가 되는 지점의 입자 지름을 상기 평균 입경을 볼 수 있다. 상기와 같은 D50 입경은 레이저 회절법(laser Diffraction) 방식으로 측정할 수 있다.

이 때, 필러는 같이 혼합되는 수지와 조합을 고려하여 함량비율 및/또는 입경비율 등을 조절할 수 있다.

필러의 자체 열전도도는 약 1 W/m·K 이상, 약 5 W/ m·K 이상, 약 10 W/ m·K 이상 또는 약 15 W/ m·K 이상일 수 있고, 다른 예시에서는 약 400 W/m·K 이하, 약350 W/ m·K 이하 또는 약 300 W/ m·K 이하일 수 있다.

필러는 상기 범위 내의 열전도도를 갖는다면 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니나, 입수 용이성과 수지 성분과의 배합성을 고려하면 무기 입자를 포함할 수 있다.

무기 입자는 예를 들면, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 베릴륨 또는 산화 티탄 등의 산화물류; 질화 붕소, 질화 규소 또는 질화 알루미늄 등의 질화물류, 탄화 규소 등의 탄화물류; 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘 등의 수화 금속류; 구리, 은, 철, 알루미늄 또는 니켈 등의 금속 충전재; 티탄 등의 금속 합금 충전재 등일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

수지 조성물에 포함되는 수지와 궁극적으로 목적하는 열전도도의 확보를 고려하면 일반적으로 모스 경도가 약 6 이상인 무기 입자를 선택하게 된다. 다만, 모스 경도가 6 이상인 무기 입자는 열전도 측면에서 유리한 물성을 지니고 있으나, 표면 경도가 높아 장비에 손상을 일으킬 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위해 필러는 모스 경도가 6 미만인 무기 입자를 추가로 포함할 수 있다.

모스 경도가 6 미만인 무기 입자는 열전도 측면에서는 상기 모스 경도가 6 이상인 무기 입자에 비해 불리한 물성을 지니고 있으므로, 이들의 적절한 혼합을 통해 목적하는 열전도도를 달성함과 동시에 경도를 낮춰 장비 손상을 방지할 수 있다.

모스 경도가 6 이상인 무기 입자는 예를 들면, 산화 알루미늄(알루미나) 등이 있고 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 모스 경도가 6 미만인 무기 입자는 예를 들면, 수산화 알루미늄 등이 있고 특별히 제한되는 것은 아니다.

또한, 모스 경도가 6 이상인 무기 입자는 모스 경도가 7 이상, 8 이상 또는 9 이상일 수 있고, 모스 경도가 6 미만인 무기 입자는 모스 경도가 5 이하, 4 이하 또는 3 이하일 수 있다.

필러는 구형 및 비구형 입자를 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 구형 입자는 구형도가 약 0.95 이상인 입자를 의미하고, 비구형 입자는 구형도가 0.95 미만인 입자를 의미한다.

상기 구형도는 입자의 입형 분석을 통해 확인할 수 있다. 구체적으로, 3차원 입자인 필러의 구형도(sphericity)는, 입자의 표면적(S)과 그 입자의 같은 부피를 가지는 구의 표면적(S')의 비율(S'/S)로 정의될 수 있다. 실제 입자들에 대해서는 일반적으로 원형도(circularity)를 사용한다. 상기 원형도는 실제 입자의 2차원 이미지를 구하여 이미지의 경계(P)와 동일한 이미지와 같은 면적(A)을 가지는 원의 경계의 비로 나타내고, 하기 수식으로 구해진다.

<원형도 수식>

원형도=4πA/P²

상기 원형도는 0에서 1까지의 값으로 나타내고, 완벽한 원은 1의 값을 가지며, 불규칙한 형태의 입자일수록 1보다 낮은 값을 가지게 된다. 본 명세서에서의 구형도 값은 Marvern社의 입형 분석 장비(FPIA-3000)로 측정된 원형도의 평균값으로 하였다.

본 출원은 수지 조성물 내의 필러의 종류, 크기 및 혼합 비율에 따른 마모도를 측정할 수 있는 수지 조성물의 마모도 평가방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 출원은 수지 조성물의 마모도를 측정하여, 필러가 포함된 수지 조성물이 공정 장비에 미칠 수 있는 영향을 미리 예측할 수 있는 수지 조성물의 마모도 평가방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 출원의 일 예에 따른 패드 및 회전 가압 수단을 포함하는 장치를 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 본 출원의 일 예에 따른 가압 플레이트의 표면을 간략히 나타낸 도면이다.

이하, 실시예 빛 비교예를 통해 본 발명을 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 내용으로 인해 한정되는 것은 아니다.

<물성 측정 방법>

1. 필러의 평균 입경(D50 입경)의 측정 방법

필러의 평균 입경은 소위 메디안 입경으로도 불리우는 D50 입경이고, 입도 분포의 체적 기준 누적 곡선의 누적 50%에서의 입자 지름(메디안 직경)이다. 이러한 입경은, 체적 기준으로 입도 분포를 구하고, 전 체적을 100% 한 누적 곡선에서 누적치가 50%가 되는 지점에서의 입자 지름으로 정의할 수 있다. 상기 D50 입경은 ISO-13320에 준거하여 Marven 社의 MASTERSIZER 3000 장비를 이용하여 측정할 수 있고, 용매로는 Ethanol을 사용하였다.

2. 필러의 구형도 평가방법

필러의 구형도(sphericity)는, 입자의 표면적(S)과 그 입자의 같은 부피를 가지는 구의 표면적(S')의 비율(S'/S)로 정의될 수 있다. 실제 입자들에 대해서는 일반적으로 원형도(circularity)를 사용한다. 상기 원형도는 실제 입자의 2차원 이미지를 구하여 이미지의 경계(P)와 동일한 이미지와 같은 면적(A)을 가지는 원의 경계의 비로 나타내고, 하기 수식으로 구해진다.

<원형도 수식>

원형도=4πA/P²

상기 원형도는 0에서 1까지의 값으로 나타내고, 완벽한 원은 1의 값을 가지며, 불규칙한 형태의 입자일수록 1보다 낮은 값을 가지게 된다. 본 명세서에서의 구형도 값은 Marvern社의 입형 분석 장비(FPIA-3000)로 측정된 원형도의 평균값으로 하였다.

<수지 조성물의 제조>

제조예 1

수지 성분으로 디올 화합물(A, 중량평균분자량(M_w): 400 g/mol)을 필러(B)와 100:1,000(A:B)의 중량 비율로 혼합하여 수지 조성물을 제조하였다.

상기 필러(B)는 서로 평균 입경(D50 입경)이 다른 3 종의 필러 혼합물을 적용하였다. 구체적으로, 평균 입경(D50 입경)이 약 70 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B1), 평균 입경(D50 입경)이 약 20 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B2) 및 평균 입경(D50 입경)이 약 2 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B3)를 6:2:2(B1:B2:B3)의 중량 비율로 혼합한 필러를 사용하였다.

상기에서 구형 알루미나는 구형도가 0.95 이상인 알루미나이고, 비구형 알루미나는 구형도가 0.95 미만인 알루미나이다. 이하 구형 알루미나 또는 비구형 알루미나의 정의는 전술한 바와 같다.

제조예 2

평균 입경(D50 입경)이 약 70 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B1), 평균 입경(D50 입경)이 약 10 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B2) 및 평균 입경(D50 입경)이 약 2 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B3)를 6:2:2(B1:B2:B3)의 중량 비율로 혼합한 필러를 사용한 것 이외에는 상기 제조예 1과 동일한 방식으로 수지 조성물을 제조하였다.

제조예 3

평균 입경(D50 입경)이 약 70 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B1), 평균 입경(D50 입경)이 약 10 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B2) 및 평균 입경(D50 입경)이 약 2 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B3)를 5:2:3(B1:B2:B3)의 중량 비율로 혼합한 필러를 사용한 것 이외에는 상기 제조예 1과 동일한 방식으로 수지 조성물을 제조하였다.

제조예 4

평균 입경(D50 입경)이 약 70 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B11), 평균 입경(D50입경)이 약65 ㎛ 수준인 수산화 알루미늄(B12), 평균 입경(D50 입경)이 약 20 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B2) 및 평균 입경(D50 입경)이 약 2 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B3)를 4:2:2:2(B11:B12:B2:B3)의 중량 비율로 혼합한 필러를 사용한 것 이외에는 상기 제조예 1과 동일한 방식으로 수지 조성물을 제조하였다.

제조예 5

평균 입경(D50 입경)이 약 70 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B11), 평균 입경(D50입경)이 약60 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B13), 평균 입경(D50 입경)이 약 20 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B2) 및 평균 입경(D50 입경)이 약 2 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B3)를 4:2:2:2(B11:B13:B2:B3)의 중량 비율로 혼합한 필러를 사용한 것 이외에는 상기 제조예 1과 동일한 방식으로 수지 조성물을 제조하였다.

제조예 6

평균 입경(D50 입경)이 약 70 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B11), 평균 입경(D50입경)이 약65 ㎛ 수준인 수산화 알루미늄(B12), 평균 입경(D50 입경)이 약 10 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B2) 및 평균 입경(D50 입경)이 약 2 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B3)를 4:2:2:2(B11:B12:B2:B3)의 중량 비율로 혼합한 필러를 사용한 것 이외에는 상기 제조예 1과 동일한 방식으로 수지 조성물을 제조하였다.

제조예 7

평균 입경(D50 입경)이 약 70 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B11), 평균 입경(D50입경)이 약60 ㎛ 수준인 수산화 알루미늄(B12), 평균 입경(D50 입경)이 약 65 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B13), 평균 입경(D50 입경)이 약 10 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B2) 및 평균 입경(D50 입경)이 약 2 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B3)를 2:2:2:2:2(B11:B12:B13:B2:B3)의 중량 비율로 혼합한 필러를 사용한 것 이외에는 상기 제조예 1과 동일한 방식으로 수지 조성물을 제조하였다.

제조예 8

평균 입경(D50 입경)이 약 40 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B1), 평균 입경(D50 입경)이 약 10 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B2) 및 평균 입경(D50 입경)이 약 2 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B3)를 4:3:3(B1:B2:B3)의 중량 비율로 혼합한 필러를 사용한 것 이외에는 상기 제조예 1과 동일한 방식으로 수지 조성물을 제조하였다.

제조예 9

수지 성분으로 헥사메틸렌 디이소시아네이트(C, hexamethylene diisocyanate)를 필러(B)와 100:1,000(C:B)의 중량 비율로 혼합하여 수지 조성물을 제조하였다.

상기 필러(B)는 서로 평균 입경(D50 입경)이 다른 3 종의 필러 혼합물을 적용하였다. 구체적으로, 평균 입경(D50 입경)이 약 70 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B1), 평균 입경(D50 입경)이 약 20 ㎛ 수준인 구형 알루미나(B2) 및 평균 입경(D50 입경)이 약 2 ㎛ 수준인 비구형 알루미나(B3)를 6:1:3(B1:B2:B3)의 중량 비율로 혼합한 필러를 사용하였다.

<수지 조성물의 마모도 측정>

수지 조성물의 마모도는 도 1에 나타난 바와 같은 형태를 가진 장비(BUEHLER Beta & Vector)를 사용하여 평가하였다. 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 장비는 패드(Polishing pad)(100)와 회전 가압 수단(200)을 가지고, 상기 회전 가압 수단(200)에는 가압 플레이트(210)가 장착되어 있다. 상기 가압 플레이트(210)의 표면은 도 2에 나타난 바와 같이 원형이고, 중심부(C)를 기준으로 방사상으로 마모 시편을 장착하는 공간(211)이 5 개 존재한다. 상기 가압 플레이트(210)의 원형 형태는 직경이 약 19 내지 20 cm 정도인 원형이고, 상기 가압 플레이트(210)의 중심부(C)와 상기 공간(211)의 거리는 약 47 mm 정도이며, 상기 공간(211)도 직경이 약 34 mm 정도인 원형 형태이다. 이 때, 가압 플레이트(210)의 중심부(C)와 상기 공간(211)의 거리는 가압 플레이트(210)의 중심부(C)와 공간의 중심부 사이의 거리를 의미한다.

또한, 상기에서 패드로는, 표면의 재질이 실크(woven silk)인 Struers MD-Dur을 사용하였다. 마모도 측정 시에 마모 시편으로는 SUS 워셔(SUS washer)를 사용하였다. 상기 SUS 워셔는 SUS304로 제조된 것으로 브리넬 경도(Brinell hardness)(KS B 0805)가 약 187 HB 수준이고, 내경, 외경 및 두께가 각각 17 mm, 34 mm 및 2mm 수준이었다.

상기 패드 상에 수지 조성물 100 g을 로딩하고, 상기 SUS 워셔(마모 시편) 1개를 마모 시편을 장착하는 다수의 공간 중 하나에 장착하였다. 상기 SUS 워셔(마모 시편)가 장착된 가압 플레이트로 상기 패드 상에 로딩된 수지 조성물을 가압 및 회전시켰다. 이 때 가압은 약 10N의 압력으로 수행하였고, 회전 속도는 약 50 rpm으로 하였다. 이러한 가압은 약 10 분간 수행하였다. 또한, 가압 방향은 패드 표면의 법선과 0도의 각도를 유지하였고, 회전 가압 수단의 회전축은 상기 가압의 방향과 0 도의 각도를 유지하도록 수행하였다.

이후, SUS 워셔의 초기 중량 대비 연마된 SUS 워셔의 중량을 비교하여 상기 SUS 워셔의 마모량을 측정하였고, 상기 SUS 워셔의 마모량을 통해 수지 조성물의 마모도를 평가하였다.

수지 조성물의 마모도는 하기 수식 1에 따라서 계산된 △W의 절대값으로 평가하였고, 상기 제조된 수지 조성물의 마모도 평가 결과는 표 1과 같다.

[수식 1]

△W = (W_f-W_i)/W_i×100

상기 수식 1에서, W_f는 가압을 종료한 후 마모 시편의 질량(단위: g)이며, W_i는 가압 전의 마모 시편의 질량(단위: g)이다.

구분	마모도(%)
제조예 1	0.352
제조예 2	0.370
제조예 3	0.370
제조예 4	0.337
제조예 5	0.929
제조예 6	0.486
제조예 7	0.800
제조예 8	0.396
제조예 9	0.346

상기 표 1의 결과에 따르면, 제조예 1 내지 4, 제조예 8 및 제조예 9는 마모도 △W의 절대값이 0.45% 이하인 값을 나타냈고, 제조예 5 내지 7은 마모도 △W의 절대값이 0.45% 보다 큰 값을 나타냈다.

각 제조예에서 제조한 수지 조성물로 스태틱 믹서(static mixer)와 여러 주입 장치가 있는 실제 제조 공정을 수행하였다. 마모도 △W의 절대값이 0.45% 이하인 값을 나타낸 제조예 1 내지 4, 제조예 8 및 제조예 9는 장시간 공정 수행을 하더라도 스태틱 믹서나 여러 주입 장치 등의 손상이 없었으나, 마모도 △W의 절대값이 0.45% 이하인 값을 나타낸 제조예 5 내지 7은 장시간 공정 수행 한 결과 일부 장비가 마모되는 문제가 발생되었다.

이와 같이, 본 출원에 따른 수지 조성물의 마모도 평가방법은 필러가 포함된 수지 조성물을 제조할 때 실제 공정에 사용되는 장비가 상기 수지 조성물로 인하여 가해지는 마모도를 객관적이고 정확하게 예측할 수 있다. 또한, 수지 조성물의 마모도 평가방법은 상기 장비의 마모를 방지하기 위한 수지 조성물의 선택방법 내지 상기 장비의 마모를 방지하는 수지 조성물의 제조방법일 수 있다.

100: 패드 210: 가압 플레이트
200: 회전 가압 수단 220: 마모 시편

Claims (13)

1. 패드 상에 존재하는 수지 조성물을 회전 가압 수단으로 가압하는 단계를 포함하고,
   상기 수지 조성물은 수지 성분 및 필러를 포함하며,
   상기 회전 가압 수단은 마모 시편이 장착되어 있는 가압 플레이트를 포함하며,
   상기 가압의 방향은 상기 패드 표면의 법선과 0 도 내지 10 도의 범위 내의 각도를 이루고,
   상기 회전 가압 수단의 회전축은 상기 가압의 방향과 0 도 내지 10 도의 범위 내의 각도를 이루는 마모도 평가방법.
2. 제1항에 있어서, 필러는 모스 경도가 6 이상인 무기 입자를 포함하는 마모도 평가방법.
3. 제1항에 있어서, 수지 조성물은 필러를 80 내지 95 중량%로 포함하는 마모도 평가방법.
4. 제1항에 있어서, 필러는 D50 입경이 0.001 내지 80 ㎛의 범위 내에 있는 마모도 평가방법.
5. 제1항에 있어서, 회전 가압 수단의 회전축과 가압 플레이트에 장착된 마모 시편의 중심과의 거리가 40 내지 60 mm의 범위 내에 있는 마모도 평가방법.
6. 제1항에 있어서, 마모 시편은 원환체 형상인 마모도 평가방법.
7. 제6항에 있어서, 원환체 형태의 마모 시편은 내경 대비 외경의 비율이 1.25 내지 5의 범위 내인 마모도 평가방법.
8. 제1항에 있어서, 마모 시편은 브리넬 경도가 175 내지 195 HB의 범위 내인 마모도 평가방법.
9. 제1항에 있어서, 회전 가압 수단의 회전 속도를 30 내지 60 rpm의 범위 내로 유지하는 마모도 평가방법.
10. 제1항에 있어서, 가압을 15 N 이하의 압력으로 수행하는 마모도 평가방법.
11. 제1항에 있어서, 가압을 3분 이상 수행하는 마모도 평가방법.
12. 제1항에 있어서, 하기 수식 1에 따라 마모도를 평가하는 마모도 평가방법:
    [수식 1]
    △W = (W_f-W_i)/W_i×100
    수식 1에서 △W는 마모도(단위: %)이고, W_f는 가압을 종료한 후 마모 시편의 질량(단위: g)이며, W_i는 가압 전의 마모 시편의 질량(단위: g)이다.
13. 제12항에 있어서, 마모도 △W의 절대값이 0.45% 이하인 수지 조성물을 선택하는 단계를 추가로 수행하는 마모도 평가방법.

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