KR100265425B1 - 외관 및 내식성이 우수한 무방향성 전기강판 절연피막 형성용 피복조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무방향성 전기강판의 표면에 절연피막을 형성하기 위하여 사용되는 절연피막 형성용 피복 조성물에 관한 것으로, 무기질 절연 피막 형성용 처리액의 성분 및 그 함량을 적절히 조정하고 그에 따른 절연 피막의 제조 조건을 적절히 제어하여 제조한 외관 및 내식성이 우수한 무방향성 전기강판의 절연피막 형성용 피복 조성물에 대한 것이다.

본 발명의 피복 조성물은, 무수크롬산 100g과 산화마그네슘 23.6∼30.1g을 함유한 중크롬산 마그네슘염액(A)에, 무기조성물(A)내의 무수크롬산 100g에 대하여 수용성 타잎의 아코릴수지를 고형분으로 21∼110g, 글리세린 5∼45g, 마이카 분말을 3∼12g 첨가하여 조성되며, 이러한 조성의 절연 피막 형성용 처리액을 무방향성 전기강판의 표면에, 건조 피막 두께가 편면당 0.5 - 5.0㎛ 범위가 되도록 도포한 후, 350℃ - 850℃의 온도 범위에서 10∼70초간 소둔하여 절연 피막을 제조하는 젓을 기술 요지로 한다.

Description

외관 및 내식성이 우수한 무방향성 전기강판 절연피막 형성용 피복조성물

본 발명은 무방향성 전기강판의 표면에 절연피막을 형성하기 위하여 사용되는 절연피막 형성용 피복 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외관 및 내식성이 우수한 절연피막 형성용 피복 조성물에 대한 것이다.

소형 전동기, 변압기 등과 같은 전기기기용 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 와전류 발생을 억제하여 전력 손실을 적게 하기 위하여 그 표면에 절연피막을 형성시킨다. 이러한 절연피막은 수요가의 다양한 사용 특성 요구에 따라 유기질, 무기질 및 유기질과 무기질의 혼합물의 세 종류로 분류되며, 처리액을 전기강판 표면에 연속적으로 공급한 후 도포 및 건조하므로써 피막 형성이 완료된다.

그런데, 최근 수요가에서는 전기 강판 제품의 절연 피막 특성중 색상(녹색 선호), 미반응 코팅 성분이 없어 표면이 미려할 것(이하 이들 항목을 '외관'이라 한다)을 전기강판 제조업체에 요구하고 있는 추세이다.

또한, 코일 상태의 제품을 수요가에서 금형에 의해 소정의 형상으로 연속적으로 타발가공한 다음 응력제거 소둔을 통상 실시하게 되는데, 이러한 과정까지 즉 제품 출하부터 응력제거 열처리까지 대기중에 노출되므로 내식성이 우수할 것이 필수적이다.

종래의 무방향성 전기강판의 절연피막 형성방법에 대한 기술로는 본 발명자가 국내에 특허 출원하여 공고 및 특허 등록된 대한민국 특허 제31208호(공고번호 제89-3582호)를 들 수 있는데, 이 특허는 유기, 무기질 혼합계 절연 피막의 형성 방법에 관한 것으로서, 그들 상호간의 배합 안정성 효과는 있으나, 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

즉, 무수크롬산을 용해시킨 수용액에 산화칼슘을 무수크롬산 100중량부당 산화칼슘을 28.7 - 31.0중량부로 화학당량 이상으로 첨가시키는 이유는, 화학당량 이상 첨가하여 생성되는 중크롬산칼슘염 용액의 PH를 상승시켜 수지와의 급격한 반응을 억제하고자 하는데 있고, 그 효과는 타당하다. 그러나, 무수크롬산과 산화칼슘이 반응하는 과정에서 극심한 발열 현상이 나타나 추가적으로 이루어지는 여과작업과 수지와의 배합시 원활한 작업을 위해 별도의 냉각 작업이 요구되는 단점이 있으며, 무기 조성물(A')(이하 화학당량 이상으로 첨가하여 생성된 종래의 중크롬산칼슘염 용액을 무기조성물(A')라 함)내에는 미반응 상태로 남아있던 산화칼슘 입자가 수지와 배합 후 보관 및 현장실기에서 연속 도포작업시 급속히 침전하여 형성된 피막의 외관을 나쁘게 하는 원인이 되는 문제점 및 에멀젼 타잎의 아크릴 수지사용에 의한 내식성 저조란 문제점이 있다.

본 발명자는 상기 설명한 단점을 해결하고자, 첫째, 중크롬산염액 제조시 과량 첨가되는 미반응 칼슘 입자가 피막에 전달되기전 액상의 도포처리액내에 있을동안 중력에 의해 신속하게 침적되어 이것이 외관 결함의 원인으로 되며, 둘째, 유기수지로 사용된 에멀젼 타잎의 아크릴 수지가 현장실기에서 도포 처리후 강판 표면에 건조시, 큰 입자 사이에 존재하였던 물도 이탈되는데, 이때 생긴 공극이 남아 있게 되어 제품 출하 후 수요가에서 최종 제품화시키는 동안 대기중에 존재하는 수분이 그 공극에 침입하여 내식성 저하란 문제점이 발생한 것으로 추정하고, 무기질 중크롬산염의 제조성분의 종류 및 사용 수지의 입자를 최소화하는 형태로 조정하는 연구와 실험을 행한 결과, 상기의 문제점을 해결할 수 있음은 물론, 무방향성 전기강판으로서 갖추어야할 일반적인 기타 특성도 층족시킬 수 있다는 사실에 근거하여 본 발명을 제안하게 되었다.

따라서, 본 발명은 절연피막 형성용 처리액의 성분 및 그 함량을 적절히 조정하고 그에 따른 절연피막의 제조 조건을 적절히 제어하므로써, 외관 및 내식성이 우수한 절연피막 형성용 피복 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 무수크름산 100g 과 산화마그네슘 23.6∼30.1g 을 함유한 중크롬산 마그네슘염액(A)에, 무기조성물(A)내의 무수크롬산 100g에 대하여 수용성 타잎의 아크릴수지를 고형분으로 21∼110g, 글리세린 5∼45g, 마이카 분말을 3∼12g 첨가한 유기, 무기실 혼합 피복액을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 표면에 우수한 외관 및 내식싱을 나다내는 전기절연피막 형성용 피복조성물을 제공한다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 외관 및 내식성이 우수한 절연피막 형성용 피복 조성물은, 무수크롬산 100g에 산화 마그네슘 23.6-30.1g을 첨가하여 제조된 무기조성물(A)에, 이 조성물(A)중의 CrO₃100g에 대하여 수용성 아크릴수지를 고형분으로 21 - 110g, 글리세린을 5 - 45g, 분말상의 마이카를 3 - 12g 첨가하여 조성된다.

또한, 본 발명의 피복 조성물을 이용하여 외관 및 내식성이 우수한 절연피막을 제조할 수 있는 데, 무수크롬산 100g에 산화 마그네슘 23.6 - 30.1g을 첨가하여 제조된 무기조성물(A)에, 이 조성물(A)중의 CrO₃100g 에 대하여 수용성 아크릴수지를 고형분으로 21 - 110g, 글리세린을 5 - 45g, 분말상의 마이카를 3 - 12g 첨가하여 조성되는 절연 피막 형성용 처리액을 무방향성 전기강판의 표면에, 건조 피막 두께가 편면당 0.5 - 5.0㎛ 범위가 되도록 도포한 후, 350℃ - 850℃ 의 온도범위에서 10∼70초간 소둔하는 것을 포함하여 이루어진 제조방법으로 절연 피막을 제조할 수 있다.

이하 각 성분들의 역할, 작용, 제조방법, 그리고 첨가량의 한정 등에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서 처리액은 다음과 같이 구성된다. 피막에 밀착성, 내식성을 부여하기 위하여 첨가하는 중크롬산 금속염은 그 후에 가하는 수지와 크롬산의 반응을 억제하여 수지의 분해를 억제하기 위하여 PH를 증가시켜야 한다. 이와같은 효과를 발생하기 위해서 산화마그네슘의 첨가량은 중크롬산마그네슘염으로 반응에 필요한 화학당량 이상으로 할 필요가 있다. 이 경우 산화마그네슘 23.6g 이하에서는 산화마그네슘 과량 첨가에 의한 목적을 달성할 수 없고, 반면 30.1g을 초과하면 미반응으로 남아있는 산화마그네슘 입자가 형성된 피막의 외관을 나쁘게 하는 일이 있기 때문에 산화마그네슘의 적정 첨가량은 무수크롬산 100g에 대하여 23.6-30.1g로 하는 것이 효과적이다.

크롬 6가를 크롬 3가로 환원시켜 소둔 조건을 신속, 안정하게 하기 위하여 첨가된 유기환원제 글리세린은, 무기조성물(A)액중의 CrO₃100g 에 대하여 5g이하로 첨가되는 경우, 피막내 잔존 크롬 6가가 다량 존재하게 되어 황갈색의 저조한 표면 색상이 나타나게 되며, 45g 이상인 경우 처리액이 겔(gel)화되기 쉬워 용액 안정성에 결함이 있게 되므로 5 - 45g 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

소재와의 밀착성을 높이고 피막에 유연성을 부여하는 수용성 아크릴수지는 처리액내 무기조성물(A)중의 CrO₃100g에 대하여 수지 고형분으로 21g 이하로 첨가되는 경우 충분한 피막 밀착성을 얻을 수 없고, 100g 이상 첨가되는 경우 SRA후 발분하는 문제점이 발생하므로 21 - 110g을 적정 첨가량으로 한다.

피막의 전기절연성을 향상시키기 위해 첨가된 초미립 상태의 마이카 분말은 처리액내 중크롬산염중의 CrO₃100g에 대하여 3g 이하로 첨가되는 경우, 절연성 향상 효과가 미흡하고, 12g이상 첨가되는 경우 배합후 1일 이내에 첨가된 마이카가 침전으로 인한 충분히 현상을 발생하여 도포 처리하는 것이 불리하며, 강제 교반에 의한 교반후 도포하더라도 소둔후 외관이 균일하지 않게 되므로 3 - 12g의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 상기와 같이 조성되는 절연 피막 형성용 피복 조성물을 무방향성 전기강판의 표면에 건조 피막 두께가 편면당 0.5∼5.0㎛ 범위가 되도록 도포한 후, 350℃∼850℃ 의 온도 범위에서 10∼70초간 소둔하는 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

피막중에 잔존하는 크롬 6가 량 및 피막의 표면 색상을 결정하는 인자의 하나는 소둔 온도와 시간과의 관계이다. 소둔 온도가 350℃ 이하로 낮을 경우에는 피막내에 크롬 6가가 다량 존재하여 흡습이 용이한 상태로 되며, 표면 색상도 황갈색으로 나타나 불량하게 된다. 반면 850℃ 보다 높을 경우에는 소둔 온도의 제어가 어렵게 되어 불균일한 환원을 초래하고, 이것이 외관 결함이 생기기 쉽게 하는 등 표면 품질의 제어가 곤란하게 되어 공업적으로 안정하게 작업하기에는 어렵기 때문에 소둔 온도는 350℃∼850℃ 의 온도 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

소둔 시간이 10초 이하로 짧을 경우에는 피막내에 크롬 6가가 다량 존재하여 흡습이 용이한 상태로 되어 표면 색상이 황갈색으로 되기 쉽고, 70초 이상이 될 경우에는 제품 생산성의 저하 및 과건조로 표면 색상이 황갈색으로 나타나 불량하게 되는 문제점이 있기 때문에, 소둔 시간은 10∼70초로 제한하는 것이 바람직하다.

롤(Roll) 도포 후 상기 소둔 조건을 충족하여 피막을 형성하더라도, 본 발명의 방법에 의한 건조 피막의 두께가 0.5㎛ 이하일 경우 필요한 절연성을 얻을 수 없고 표면 색상이 소지 원판과 거의 같은 회백색으로 나타나게 되어 수요가에서 사용 자체를 기피하게 되는 요인이 된다. 5.0㎛ 이상일 경우에는 응력제거 소둔 후 발분 및 용접 특성, 점적율 저하등의 문제점이 대두되어 건조 피막 두께는 편면당 0.5∼5.0㎛의 범위가 되도록 제한하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[표 1]

상기와 같이 형성된 전기절연 피막에 대한 피막 특성을 측정하고, 그 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2에서, 응력제거 소둔은 건조한 100% N₂가스분위기에서 750℃ X 2시간 열처리하였으며, 절연성(Amps.)은 300 PSI 압력하에서 입력 0.5V, 1.0A(암페어)의 전류를 통하였을 때의 수납 전류값으로 나타낸 것이고, 밀착성(mmψ)은 소둔 후 시편을 10, 20, 30∼100mmψ인 원호에 접하여 180°구부릴 때 피막 박리가없는 최소 원호 직경으로 나타낸 것이고, 피막 외관은 색상과 외관을 눈으로 확인하여 나타낸 것으로서 표면 색상은 형성된 피막내 잔존 크롬 6가가 거의 없고, 크롬 3가가 소정의 량 이상으로 존재하는 것에 의해 진한 녹색의 불용성 크롬산화물질이 될 때는 양호, 잔존 크롬 6가가 다량 존재하는 것에 의해 갈색 피막이 생성되는 것을 불량으로 하며, 외관은 미반응 2 가 산화물 등이 강판 표면에 남아 있는 상태를 불량으로 한다. 크롬 6가 용출량은 100㎠의 코팅 시료를 비등수중에 1시간 침적, 용출시킨 크롬 6가의 양(㎍)을 측정하여 나타낸 것이다. 내식성은 염수분 무시험(5% NaCl, 35℃) 8시간 후 피막 표면의 녹발생 유무를 육안 관찰한 것이다.

본 발명에 대한 실시 결과를 표 1 및 표 2에 의거 종합적으로 설명하면 아래와 같다.

크롬산액에 산화마그네슘을 화학당량 이상으로 반응시켜 제조한 무기조성물(A) 처리액에 수용성 아크릴수지, 글리세린, 마이카 분말을 첨가시켜 만든 전기강판 피복조성물을 적정한 처리 조건으로 소둔처리하여 얻은 발명예 1,2,3은 글리세린 첨가, 적정 소둔 및 소정의 피막두께로 형성하여 피막내 잔존 크롬 6가가 거의 없고 적정한 환원이 이루어져 피막에는 대부분 크롬 3가로 변화하기 때문에 녹색의 불용성 크롬산화물로 변하여 양호한 색깔을 띠게 되어, 피복조성물의 첨가성분, 첨가범위가 다르거나(비교예1,4,5,6,8), 부적절하게 소둔처리, 제조할 경우(비교예 2,3,7)의 비교예에 비하여 외관, 내식성이 우수함을 알 수 있다.

즉, 분말상 마이카를 전허 첨가하지 않은 비교예 6 및 전기 절연피막이 극히 얇게 형성된 비교예 7의 경우 절연성이 불량하며, 크롬 3가 자체의 절대 함유량 부족으로 수요가에서 선호하는 녹색 색상도 부족함을 알았다. 글리세린을 전혀 첨가하지 않은 비교예 1 및 미건조로 다량의 크롬 6가가 형성 피막내에 잔존하는 비교예 2, 과건조의 과정에서 크롬 6가가 크롬 3가로 환원되었던 것이 재산화되어 크롬 6가로 다시 나타난 것으로 생각되는 비교예 3의 경우 회백색∼황갈색을 나타내게 되어 수요가에서 기피하는 색상이 나타나며, 크롬 6가의 다량 존재로 흡수성 우려가 예상할 수 있다. 글리세린 및 분말상 마이카를 각각 과량 첨가시킨 비교예 5 및 비교예 8의 경우 무기조성물과의 배합 후 겔화 또는 층분리 현상이 나타나 도포처리액으로서의 특성을 상실하게 되는 것을 알았다. 한편, 산화칼슘 및 에멀젼 아크릴수지를 사용한 비교예 4의 경우 도포처리 후 미반응 산화칼슘에 의한 외관 불량 및 에멀젼 아크릴수지에 의한 내식성 저조 현상을 보였다. 수용성 타잎의 아크릴수지가 종래의 에멀젼 타잎의 아크릴수지 보다 내식성 향상 효과를 얻을 수 있는 기구를 명쾌하게 해명하기에는 지극히 곤란하지만 평균 입자경이 큰 수지로 제조되는 에멀젼 타잎 아크릴수지(예 : 1.50㎛) 보다, 평균 수지 입자 크기가 작게 제조되는 수용성 타잎의 아크릴수지(예 : 0.01㎛)가 전기강판 표면에 피막 형성시 물이 빠져나간 후의 기공을 극소화하여 대기중의 수분 침투를 억제하는 효과를 도출하는 것에 의해 가능한 것으로 추정된다.

한편, 당량 이상 첨가된 마그네슘 이온에 의해 PH를 상승시키는 효과가 나타나게 하는 무기조성물(A) 제조시, 종래의 무기조성물(A')와 동일한 배합 안정성 효과를 나타내는 것은 같으나, 무기조성물 제조 후 별도의 냉각 작업 생략과 당량이상 첨가된 산화마그네슘이 장기간 정체시에도 침전되지 않아서 현장 실기에서도 장기간 안정적으로 도포하는 것이 가능하여 형성 피막내에 마그네슘의 입자가 전혀 없이 외관이 양호하게 개선되는 것을 알았다.

따라서, 이상 상술한 것과 같이, 본 발명의 무방향성 전기강판의 표면에 우수한 외관 및 내식성을 나타내는 전기절연 피막 형성용 피복 조성물에 의하면, 중크롬산염 마그네슘액에 수용성 타잎의 아크릴수지를 주성분으로 하는 혼합 피복액을 사용함으로써, 외관 개선 및 내식성 개선 효과에 유익한 특징이 있으며, 절연성, 밀착성, 내열성 등 일반적으로 요구되는 특성도 충족시킬 수 있는 절연 피막을 무방향성 전기강판 표면에 형성시킬 수 있는 효과가 있을뿐 아니라, 종래의 유기물 과 무기조성물을 배합시 전처리 과정으로 필히 요구되었던 무기조성물 냉각시의 소요시간 배제로 인한 작업 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 얻어지는 것이다.

Claims (1)

1. 무수크롬산 100g 과 산화마그네슘 23.6∼30.1g을 함유한 중크롬산 마그네슘염액(A)에, 무기조성물(A)내의 무수크롬산 100g에 대하여 수용성 타잎의 아크릴수지를 고형분으로 21∼110g, 글리세린 5∼45g, 마이카 분말을 3∼12g 첨가한 유기, 무기질 혼합 피복액을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 표면에 우수한 외관 및 내식성을 나타내는 전기절연 피막 형성용 피복조성물.