KR100397486B1 - 세라믹 코팅액 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정밀금형에 세라믹코팅을 하여 고 내구성을 부여하기 위한 세라믹 코팅액 및 그 제조방법에 관한 것으로, 물 10중량부 내지 40중량부에 디메틸티오카바메이트 0.5중량부 내지 5중량부를 투입하고 가열하여 용액의 온도를 80℃로 유지하면서 교반하여 완전하게 용해시킨 후 5중량부 내지 30중량부의 산화크롬을 투입하고 교반하여 완전히 분산시키고 이어서 알루미늄 금속분말 25중량부 내지 78중량부를 첨가 교반하여 분산시킨 다음, 실시콘 수지 0.05중량부 내지 5중량부를 첨가하여 70℃에서 교반하여 혼합함을 특징으로 하는 세라믹 코팅액의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 세라믹 코팅액을 제공한다.

Description

세라믹 코팅액 및 그 제조방법{A solution for ceramic coating and its manufacturing method}

본 발명은 정밀금형에 세라믹코팅을 하여 고 내구성을 부여하기 위한 세라믹 코팅액 및 그 제조방법에 관한 것으로 좀더 상세하게는 합성수지등의 사출에 사용되는 정밀금형의 내구성을 증진시키기 위하여 금형의 표면에 고내구성을 부여하는 세라믹 코팅을 하기 위한 세라믹 코팅액 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래에는 금형의 내구성을 향상시키기 위하여 500℃ 정도의 용기내에서 프라즈마를 발생시켜 금형의 표면에 고경도의 질화티타늄 또는 질화티타늄과 질화알루미늄의 복합피막을 형성시키는 방법이 있었으나, 이와 같은 방법의 경우에는 고경도의 질화티타늄 또는 질화티타늄과 질화알루미늄의 복합피막을 형성 시키는데 필요한 프라즈마 발생장치를 구비하여야 하고, 이를 운전하기 위한 고도의 기술을 구비한 전문인력이 필요하다고 하는 문제가 있었다.

또다른 방법으로는 1000℃의 고온에서 화학증발법을 이용하여 실리콘카바이드와 같은 높은 경도를 갖는 카바이드금속염을 금형의 표면에 침착시켜 코팅하는 방법이 있으나, 이 경우 철을 주성분으로 하는 강으로 된 금형이 고열하에 놓여지게 되어 금속의 내부조직에 물성변화를 가져오는 문제점이 발생하며, 금속조직의 물성변화를 제어하기 위하여는 고도의 열처리기술이 도입되어야 하므로 이를 적용하기 위한 고가의 장비를 필요로 하게 되는 문제가 있었다.

또, 액상의 코팅방법으로는 인산마그네슘을 주원료로 하여 금형에 열적무리를 가하지 않는 온도인 500℃에서 소성하는 방법이 제안되기도 하였으나, 이 경우에 있어서는 비교적 표면의 경도가 약하다고 하는 문제가 있으며, 또다른 방법으로는 단순히 윤할성만 부여하는 경우에는 고체 윤할제를 유기용제에 분산시켜 사용하기도 하지만 윤할제의 처리만으로는 내구성을 향상시킬 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 고가이면서 전문인력을 필요로하는 프라즈마장치, 열처리장치를 필요로 하지 아니하며, 비교적 저온에서 강재를 소재로하는 금형의 표면에 고 내구성을 지니는 피막을 용이하게 형성시키기 위한 세라믹 코팅액 조성물 및 세라믹 코팅액을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본발명은 산화크롬(Cr₂O₃) 5중량부 내지 30중량부, 디메틸티오카바메이트 0.5중량부 내지 5중량부, 알루미늄금속 분말 25중량부 내지 78중량부, 수용성실리콘수지 0.05중량부 내지 5중량부 및 물 10중량부 내지 40중량부의 비율로 구성되는 세라믹 코팅액을 제공함으로서 달성할 수 있다.

상기에서 산화크롬은 평균입경이 0.5㎛ 내지 1.0㎛정도의 것으로 금형 표면에 내마모성과 윤활성을 주기위한 것으로 5중량부 이하로 첨가하는 경우에는 내마모성과 윤활성을 기대할 수 없게 되며, 30중량부 이상 첨가하는 경우에는 피막의 밀착불량에 의한 박리현상이 나타나게 되는 결과를 초래하게되므로 5중량부 내지 30중량부의 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

디메틸티오카바메이트는 금형의 주성분인 철 및 합금원소와 킬레이트를 형성하여 금형표면에 금형의 금속성분을 녹여내어 산화물을 형성하는 화학결합력을 유도하는 물질로서 0.5중량부 이하로 첨가하는 경우에는 피막과 금형간의 화학결합력이 약하여 피막이 박리되는 결과를 가져오며, 5중량부 이상 사용하는 경우에는 과대한 표면산화물이 형성되어 내마모성이 약해지는 문제를 야기시키게 되므로 0.5중량부 내지 5중량부의 범위내에서 첨가하여야 한다.

알루미늄 금속 분말은 일반적인 수용성 금속광택 도료에서 금속분으로 사용되는 안료정도의 것으로 디메틸카바메이트에 의해 형성된 금속산화물과 산화크롬분말을 서로 연결시켜 결합력을 향상시키고 산화되어 산화알루미늄으로 내마모성 향상을 유도하는 역할을 하며 25중량부 이하로 사용하는 경우에는 피막조성물간의 결합력이 약화되어 피막이 박리되는 결과를 가져오고 78중량부 이상 사용하는 경우에는 산대적으로 내마모성이 저하되는 문제를 발생시키므로 25중량부 내지 78중량부의 범위내에서 사용하는 것이 바람직하다.

수용성실리콘수지는 세라믹 코팅액의 점도를 조절하기 위하여 첨가되는 것으로 0.05중량부 이하로 첨가되는 경우에는 용액의 점도가 낮아 금형에 도포하는 경우 적정두께의 도포를 하기 어려우며 5중량부 이상 첨가하는 경우에는 도포후 퍼짐성이 불량하여 균일한 두께를 형성할 수 없게 되는 문제가 있으므로 0.05중량부 내지 5중량부의 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

물은 세라믹 코팅액을 수용분산액 상태로 제조하기 위한 매질로서 10중량부 미만으로 사용하는 경우에는 점도가 지나치게 높아 금형에 도포시 작업성이 불량해지고 40중량부 이상 첨가하는 경우에는 알루미늄금속 분말과 같은 비용해물질의 침강으로 인한 수분 분리현상을 일으키게 되어 보존성에 문제가 발생하므로 10중량부 내지 40중량부의 범위내에서 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 조성으로 이루어진 본발명의 세라믹 코팅액의 제조방법은 물 10중량부 내지 40중량부에 디메틸티오카바메이트 0.5중량부 내지 5중량부를 투입하고 가열하여 용액의 온도를 80℃로 유지하면서 교반하여 완전하게 용해시킨 후 5중량부 내지 30중량부의 산화크롬을 투입하고 교반하여 완전히 분산시키고 이어서 알루미늄 금속분말 25중량부 내지 78중량부를 첨가 교반하여 분산시킨 다음, 실시콘 수지 0.05중량부 내지 5중량부를 첨가하여 70℃에서 교반하여 혼합함으로서 달성된다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 하나, 본 발명이 하기의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1 내지 실시예 20>

하기의 표1에 나타나 있는 바와 같이 80℃로 유지되는 물에 디메틸티오카바메이트 투입하고 500RPM으로 교반하면서 완전하게 용해시킨 후, 산화크롬을 투입하고 교반기의 교반속도를 1200RPM으로 교반하여 완전히 분산시키고 이어서 알루미늄 금속분말을 첨가 교반하여 분산시킨 다음, 수용성 실시콘 수지를 첨가하여 70℃에서 교반하여 혼합하여 세라믹 코팅액을 제조하고 점도 및 코팅결과를 측정하여 표1에 함께 나타내었다.

	이온수	디메틸티오카바메이트	산화크롬1	산화크롬2	산화크롬3	알루미늄분말	실리콘수지	코팅결과
실시예1	4.5	0.5	20	5	5	75	0.05	Ｘ
실시예2	8	3.0	30	-	-	59	0.05	○
실시예3	13	3.0	31	-	-	53	0.05	Ｘ
실시예4	13	3.0	-	20	11	53	0.05	Ｘ
실시예5	21.5	1.5	5	5	5	62	0.05	◎
실시예6	31.5	1.5	5	5	5	52	0.05	◎
실시예7	41.5	1.5	30	-	-	25	3.0	◎
실시예8	21.5	1.5	15	-	-	62	0.05	◎
실시예9	21.5	1.5	-	15	-	62	0.05	◎
실시예10	21.5	1.5	-	-	15	62	0.05	◎
실시예11	21.5	1.5	15	-	-	57	5.0	○
실시예12	21.5	1.5	15	-	-	56	6.0	Ｘ
실시예13	21.5	1.5	-	15	-	60	2.0	◎
실시예14	41.5	1.5	31	-	-	24	3.0	Ｘ
실시예15	21.5	1.5	-	-	15	61	1.0	◎
실시예16	33	3.0	15	-	-	48.9	0.1	◎
실시예17	33	3.0	-	15	-	48.9	0.1	◎
실시예18	33	3.0	-	-	15	48.9	0.1	◎
실시예19	33	3.0	5	10	-	48.9	0.1	◎
실시예20	33	3.0	5	5	5	48.9	0.1	◎

상기표에서 각종 첨가물의 단위는 중량부를 의미하며, 코팅결과는 실제 플라스틱사출에 의하여 점검하고 아주우수한 경우는 ◎로 우수한 경우에는 ○로 보통인 경우는 △로 불량인 경우는 Ｘ로 나타낸 것이다.

또한 상기 표 1에 기재된 조성물중 산화크롬 1은 산화크롬(Cr₂O₃) 분말의 평균입도가 0.1㎛ 이하인 것을 의미하며, 산화크롬 2는 산화크롬(Cr₂O₃) 분말의 평균입도가 0.5㎛이하, 산화크롬 3은 산화그롬(Cr₂O₃) 분말의 평균입도가 1.0㎛이상인것을 의미한다.

산화크롬 분말의 평균입도가 1.0㎛ 이상인 경우, 분말입자 상호간의 결합력이 감소하고 입자사이의 간격이 커서 미끄럼마찰에 의한 전단응력이 작용하여 피막표면이 변형되는 현상이 발생하였음을 확인하였다.

금형표면에 본 발명의 코팅액을 스프레이방법으로 10㎛의 코팅층을 균일하게 코팅을 한 후, 상온에서부터 서서히 온도를 가열하여 100℃에서 30분간 수분을 증발시키고, 수분 건조후 150℃에서 2시간 열화학반응에 의해 금형의 구성 성분인 철과 금속킬레이트제인 디메틸티오카바메이트에 의해 이온화되면서 코팅액내의 알루미늄성분과 실리콘성분이 반응하여 철-알루미늄-실리콘의 복합산화물을 형성하고, 그 내부에 산화크롬 입자들이 함유되는 코팅층을 형성시키게 되는 것이다.

본 발명에서 코팅결과는 유리섬유를 함유하는 나일론수지의 사출성형에 실시예에서와 같이 코팅조성물의 조성을 달리하여 코팅한 금형을 적용한 것으로 육안검사로 하여 마모흔적이 나타나는 시점으로 적용하여 코팅을 하지 아니한 경우에 나타나는 횟수인 20만 내지 25만회를 기준(보통 : △)으로 하여 25만회 내지 50만회는 우수(○), 50만회 내지 100만회는 아주우수(◎), 20만회 이하는 불량(×)으로 표기한 것이다.

상기의 결과로부터 확인되는 바와 같이 본 발명의 범위내에서 적용된 코팅액은 코팅층과 금형사이에 밀착력이 강하고 조성물 상호간의 결합력이 우수하여 내마모성이 2배이상 증가된 것으로 판단되며, 사출온도인 300℃에서도 코팅층이 열화를 일으키지 않아 사출제품의 사출횟수를 증가시키는 결과를 가져오는 것으로 판단된다.

상기의 내용으로 부터 알 수 있는 바와 같이. 본 발명에 의한 세라믹 코팅액은 기존의 인산마그네슘계 또는 고체 윤할제가 함유되어 있는 코팅액과는 달리 강한 화학결합에 의함으로서 코팅층의 밀착력이 우수하고 산화크롬의 높은 경도와 윤활성의 장점을 지니고 있어 300℃에서도 코팅층의 열화가 발생하지 않으므로 내열성이 증가되고 사출금형의 내구성을 2배이상 증가시킬 뿐만 아니라, 수용성의 코팅액이므로 코팅작업 환경에 기여하고 폐수를 발생시키지 않고, 또한 저온에서 코팅이 진행됨으로서 사출금형의 변형을 유발시키지 않는 우수한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 합성수지 제품 제조용으로 사용되는 금형의 내구성을 향상시키기 위한 코팅액에 있어서, 산화크롬(Cr₂O₃) 5중량부 내지 30중량부, 디메틸티오카바메이트 0.5중량부 내지 5중량부, 알루미늄금속 분말 25중량부 내지 78중량부, 수용성실리콘수지 0.05중량부 내지 5중량부 및 물 10중량부 내지 40중량부의 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅액
2. 청구항 1에 있어서, 산화크롬의 평균입경이 0.5㎛ 내지 1.0㎛인 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅액
3. 물 10중량부 내지 40중량부에 디메틸티오카바메이트 0.5중량부 내지 5중량부를 투입하고 가열하여 용액의 온도를 80℃로 유지하면서 교반하여 완전하게 용해시킨 후 5중량부 내지 30중량부의 산화크롬을 투입하고 교반하여 완전히 분산시키고 이어서 알루미늄 금속분말 25중량부 내지 78중량부를 첨가 교반하여 분산시킨 다음, 실시콘 수지 0.05중량부 내지 5중량부를 첨가하여 70℃에서 교반하여 혼합함을 특징으로 하는 세라믹 코팅액의 제조방법.