KR100764829B1

KR100764829B1 - 콘덴서용 절연체의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된콘덴서용 절연체

Info

Publication number: KR100764829B1
Application number: KR1020060023716A
Authority: KR
Inventors: 노재규; 노충석; 노효석
Original assignee: 동남석유공업(주)
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-10-09
Also published as: WO2007105867A1; KR20070093637A

Abstract

본 발명은 콘덴서의 유전 및 절연체로서 사용이 될 수 있는 절연체의 제조방법에 관한 것으로, 원유를 상온증류, 감압증류 등을 통하여 증류 분류한 유분(C₂₀~C₆₀)에 수소첨가 개질공법에 의하여 개질시키고, 개질된 유분을 200℃, 0.1torr의 압력하에서 박막 증류기기를 이용하여 분리정제하여 이소파라핀을 노말파라핀으로 변경 분리한 다음 활성백토를 첨가 정제하여 파라핀계 유분(A)을 제조하는 단계; 감압증류 잔사유 또는 중질 유출유로부터 분리 정제한 고체 왁스를 메틸이소부틸케톤(M.I.B.K) 탈유정제처리공법에 의하여 유분을 1중량% 미만으로 제거하고 활성백토로 정제하여 마이크로 크리스탈 왁스(B)를 제조하는 단계; 상기 단계들로부터 얻은 파라핀계 유분 (A) 70중량부 내지 80중량부와 마이크로 크리스탈 왁스(B) 30중량부 내지 20중량부의 비율로 혼합한 다음 활성백토로 처리하는 단계로 이루어진 콘덴서용 절연체의 제조방법을 제공한다.

파라핀계 유분, 마이크로크리스탈왁스, 활성백토

Description

콘덴서용 절연체의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 콘덴서용 절연체{A manufacturing method of insulator for condenser}

본 발명은 콘덴서의 유전 및 절연체로 사용이 될 수 있는 절연체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘덴서 전극과 전극의 사이에 설치되는 유전체의 절연 및 콘덴서의 밀봉에 사용되는 절연 왁스로서 우수한 전기적 특성을 갖는 콘덴서용 절연체의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 왁스에 관한 것이다.

콘덴서는 일반적인 전기 제품의 각종회로를 구성하는데 필수적으로 사용되는 부품의 하나로서 전기적인 신뢰성과 열적 안정성 등이 많이 요구되고 있다.

이와 같은 전기적 특성의 요구에 만족하기 위하여 절연재료로서 종이, 폴리프로필렌, 테프론 등의 고분자 박막, 실리콘 오일, 진공펌프오일 등의 각종오일, 운모, 알루미나, 산화탈탄, 산화티탄, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬 등의 세라믹스 등이 많이 사용되고 있으나, 고분자 박막을 사용하는 경우에는 손실변형이 적어 우수한 콘덴서를 얻을 수 있는 반면에 형상이 커진다고 하는 결점을 지니고 있으며, 세라믹스를 사용하는 경우에는 손실변형이 적다고 하는 장점이 있는 대신에 유전율 에 비하여 대용량의 콘덴서를 만들 수 없고, 유전성 재료를 이용한 세라믹 콘덴서는 전계 인가에 의한 IR(절연저항)에 의한 열화가 현저하여 수명니 짧고 신뢰성이 낮다고 하는 단점이 있다.

또한, 액상의 유전성 재료를 사용하여 콘덴서를 제조하는 경우에는 액중에 도전성을 가진 극성화합물이나, 불포화화합물 등이 혼입되면 이들의 물질이 오일 열화의 핵이 되어 오일의 열화를 더욱 촉진시켜 콘덴서의 수명을 단축시키는 문제가 있다.

그 예로서 일본국 특개소 59-22715호에서는 알루미늄 아연 등의 금속전극 표면이 부분적으로 산화되어 콘덴서의 용량을 감소시키는 문제가 있어 폴리프로필렌필름위에 아연 또는 알루미늄을 증착하고 그 위에 다시 실리콘 오일등의 절연층을 형성시키는 기술을 공개하고 있으며, 대한민국 특허공보 공고번호 제90-005206호에서는 필름 또는 콘덴서용 박지로 된 고체의 편면에 아연 증착층을 형성시키고 디메틸실리콘 오일, 진공펌프용 실리콘 오일, 지방산, 지방산염, 파라핀왁스 중에서 선택된 물질을 7 내지 500Å 의 두께로 진공증착하는 방법을 제안하고 있고, 또 대한 민국 실용신안공보 공고번호 제95-0008078호에서는 권선용 코어를 매개로하여 1차로 권취된 운전용 콘덴서 소자와 절연이 되도록 층간절연필름을 권취한 후 2차로 권취된 기동용 콘덴서소자를 내장하는 알루미늄 케이스에 절연왁스가 충진되어 있는 복합형 콘덴서를 공개하고 있다.

이와 같은 콘덴서에서는 한결같이 온도특성이 양호한 것이 요구되며, 특히 용도에 따라 엄격한 조건하에서 온도특성이 평탄한 것이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 콘덴서의 소형화 대용량 추세에 맞추어 유전체로 사용되는 오일 및 왁스를 그 특성에 맞도록 변형 및 정제하여 콘덴서 유전체로서 갖추어야 하는 유동점, 절연파괴전압, 유전정접, 전산가 등이 양호하고 금속전극의 산화를 방지할 수 있는 콘덴서용 절연체를 제공하고자 하는 것이다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 원유를 상온증류, 감압증류 등을 통하여 증류 분류한 유분(C₂₀~C₆₀)에 수소첨가 개질공법에 의하여 개질시키고, 개질된 유분을 200℃, 0.1torr의 압력하에서 박막 증류기기를 이용하여 분리정제하여 이소파라핀을 노말파라핀으로 변경 분리한 다음 활성백토를 첨가 정제하여 파라핀계 유분(A)을 제조하는 단계; 감압증류 잔사유 또는 중질 유출유로부터 분리 정제한 고체 왁스를 메틸이소부틸케톤(M.I.B.K) 탈유정제처리공법에 의하여 유분을 1중량% 미만으로 제거하고 활성백토로 정제하여 마이크로 크리스탈 왁스(B)를 제조하는 단계; 상기 단계들로부터 얻은 파라핀계 유분 (A) 70중량부 내지 80중량부와 마이크로 크리스탈 왁스(B) 30중량부 내지 20중량부의 비율로 혼합한 다음 활성백토로 처리하는 단계로 이루어진 콘덴서용 절연체의 제조방법을 제공함으로서 달성될 수 있다.

상기에서 파라핀계 유분 (A)와 마이크로 크리스탈 왁스(B)의 배합비율에서 파라핀계 유분 (A)가 80중량부를 초과하게 되는 경우에는 절연파괴전압이 상승하게 되는 이점은 있으나, 유동점이 40℃이하로 떨어지게 되어 콘덴서의 사용시 열화에 의하여 오일의 절연이 파괴되어 오히려 유전체로서의 역할에 문제가 발생하게 되며, 70중량부이하로 사용하게 되는 경우에는 상대적으로 마이크로 크리스탈 왁스(B)의 량이 증가되고 이로 인하여 절연체가 지나치게 경화되어 콘덴서 내부에서 크랙이 발생되어 전극금속의 노출이 발생되어 산화를 촉진하게 될 뿐만 아니라 전기적인 단락을 일으키게 되는 문제가 발생하게 된다.

상기에 기재되어 있는 바와 같이 본 발명은 파라핀계 유분을 제조하는 단계, 마이크로 크리스탈 왁스를 제조하는 단계 제조된 파라핀계 유분과 마이크로 크리스탈 왁스를 혼합한 다음 이를 활성백토의 존재하에서 처리하여주는 단계로 이루어지며 본 발명에서 정제된 파라핀계 유분과 정제된 마이크로 크리스탈 왁스의 혼합비율에 따라 콘덴서의 수명 및 전기적 안정성 영향을 미칠 뿐만 아니라, 혼합된 파라핀계 유분과 마이크로 크리스탈 왁스를 활성백토로 처리하여 줌으로서 본 발명의 목적하는 바 효과를 달성할 수 있게 된 것이다.

혼합후 활성백토 처리시의 반응온도는 90℃ 내지 110℃ 로서 처리온도가 90℃이하로되는 경우에는 마이크로 크리스탈왁스(B)의 멜팅포인트(Melting Point) 때문에 완전한 혼합이 이루어지기 어려워 불균질한 절연체가 생성이 되는 문제가 있으며, 반응온도가 110℃ 이상으로 처리되는 경우에는 파라핀계 오일의 유분이 증발을 하게 되어 마이크로 크리스탈 왁스의 고함량화에 따른 크랙발생의 원인이 될 수 있고 또 열화로 인한 혼합품의 색상 변화 및 전기적 특성을 저하시키는 문제가 발생되므로 상기의 온도범위내에서 처리하는 것이 바람직하다.

파라핀계 유분과 마이크로 크리스탈 왁스의 혼합후 반응 처리를 위하여 첨가되는 활성백토의 량은 절연체 혼합물 100중량부에 대하여 2중량부 내지 3중량부 정도가 적당하며 2중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 제조후 유동점이 지나치게 낮아져서 콘덴서의 사용시 발생되는 열에 의하여 절연체가 용해되어 콘덴서의 외부로 유출이 되거나 또는 유전층이 지나치게 얇아져서 유전능력이 저하되는 문제가 발생하게 되고 절연체 100중량부에 대하여 3중량부 이상 첨가하는 경우에는 처리후 절연체의 성능향상에 영향을 미치지 아니할 뿐만 아니라 오히려 정제 작업속도의 저하 및 원가 상승의 원인이 되는 문제가 있다.

또, 활성백토의 처리는 총체적으로 3중량부의 범위내에서 분할하여 2차에 걸쳐서 처리하여주면 더욱 좋은 효과를 가져 올 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 하기의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 본 발명의 하기의 실시예만으로 한정되어 해석되어지는 것은 아니라 하겠다.

<실시예 1>

원유를 상온증류, 감압증류 등을 통하여 증류 분류한 유분(C₂₀~C₆₀)에 수소첨가 개질공법에 의하여 개질시키고, 개질된 유분을 200℃, 0.1torr의 압력하에서 박막 증류기기를 이용하여 분리정제하여 이소파라핀을 노말파라핀으로 변경 분리한 다음 활성백토를 첨가 정제하여 제조된 파라핀계 유분(A)과 감압증류 잔사유 또는 중질 유출유로부터 분리 정제한 고체 왁스를 메틸이소부틸케톤(M.I.B.K) 탈유정제처리공법에 의하여 유분을 1중량% 미만으로 제거하고 활성백토로 정제하여 마이크로 크리스탈 왁스(B)를 아래의 표1에서와 같이 조정하여 배합한 다음 혼합물 전체중량에 대하여 3중량부에 해당하는 활성백토를 첨가하고 반응온도를 100℃ 로 유지하면서 30분간 300RPM 의 속도로 교반한 후 진공하에서 여과하여 활성백토를 제거한 다음 생성된 혼합물의 유동점(KS M 2016에 의함), 절연파괴전압(KS C IEC 60156에 의함), 유전정접(KS C 2101에 의함), 전산가(KS M ISO 6618에 의함) 및 수분(KS C 2101에 의함)를 측정하고 그 결과를 표1에 함께 기재하였다.

배합비율(중량부)		유동점 (℃)	절연파괴전압 (KV)	유전정접 (%)	전산가 (㎎.KOH/g)	수분 (ppm)
1	파라핀계 유분 60	57.5 (크랙발생)	58	0.019	0.013	150
	마이크로크리스탈왁스 40
2	파라핀계 유분 70	52.5	62	0.013	0.011	70
	마이크로크리스탈왁스 30
3	파라핀계 유분 80	42.5	66	0.010	0.010	50
	마이크로크리스탈왁스 20
4	파라핀계 유분 90	35.0	68	0.008	0.009	45
	마이크로크리스탈왁스 10

상기 실시예 1의 실시결과로부터 나타난 표 1의 내용을 분석하여보면 파라핀계 유분(A)가 60중량부이고 마이크로 크리스탈 왁스(B)가 40중량부인 경우에는 유전정접, 전산가 에서는 우수한 결과를 나타내고 있으나, 상온에서 균열이 일어나서 크랙이 발생하였으며 절연파괴전압에서도 60KV 이하로 떨어져서 콘덴서에 적용하기 어려운 것임을 확인할 수 있었으며, 파라핀계 유분(A)가 90 중량부이고 마이크로 크리스탈 왁스(B)가 10중량 부인 경우에는 다른 실시 결과와 마찬가지로 유전정접, 전산가 및 절연파괴전압에서는 우수한 결과를 나타내고 있기는 하나, 제조된 절연체의 유동점이 40℃이하로서 낮은 멜팅 포인트(Melting point)로 인하여 콘덴서에 적용시 콘덴서의 사용에 따른 발열에 의하여 쉽게 열화를 일으키게 되어 조기에 오일의 절연이 파괴되어 오히려 유전체로서의 역할에 문제가 발생하게 되는 원인을 제공하게 될 우려가 있다.

따라서, 파라핀계 유분(A)과 마이크로 크리스탈 왁스(B)의 배합비율은 상기 실시예 1의 결과에 의하여 파라핀계 유분(A)가 70중량부 내지 80중량부이고 마이크로 크리스탈 왁스(B)가 30중량부 내지 20중량부인 경우가 적합한 것임을 확인할 수 있다.

<실시예 2>

실시예 1의 결과에 의하여 가장 좋은 결과를 가져오는 혼합비율인 파라핀계 유분(A) 70중량부와 마이크로 크리스탈 왁스(B) 30중량부를 반응기에 넣고 300rpm의 속도로 교반하면서 90℃ 까지 가열하여 완전히 혼합한 다음 활성백토 1중량부를 첨가하고 30분간 더 교반한 다음 진공하에서 여과하여 활성백토를 제거한 후, 생성된 혼합물을 유동점(KS M 2016에 의함), 절연파괴전압(KS C IEC 60156에 의함), 유전정접(KS C 2101에 의함) 및 전산가(KS M ISO 6618에 의함)를 측정하고 그 결과를 표 2에 기재하였다.

<실시예 3>

상기 실시예 2와 동일한 조건하에서 실시하되 활성백토의 량만 2중량부 첨가하고 반응온도를 110℃로 하였으며, 유동점(KS M 2016에 의함), 절연파괴전압(KS C IEC 60156에 의함), 유전정접(KS C 2101에 의함) 및 전산가(KS M ISO 6618에 의함)를 측정하고 그 결과를 표 2에 함께 나타내었다.

<실시예 4>

상기 실시예 2와 동일한 조건하에서 실시하되 활성백토의 량을 3중량부 첨가하고 반응온도를 100℃로 하였으며, 유동점(KS M 2016에 의함), 절연파괴전압(KS C IEC 60156에 의함), 유전정접(KS C 2101에 의함) 및 전산가(KS M ISO 6618에 의함)를 측정하고 그 결과를 표 2에 함께 나타내었다.

<실시예 5>

상기 실시예 2와 동일한 조건하에서 실시하되 활성백토의 량을 2중량부 첨가하여 30분간 교반한 다음 진공하에서 여과하여 활성백토를 제거한 후, 생성된 혼합물에 다시 1중량부의 활성백토를 첨가하고 30분간 더 교반 혼합한 다음 다시 진공하에서 여과하여 활성백토를 제거한 후, 생성된 혼합물을 유동점(KS M 2016에 의함), 절연파괴전압(KS C IEC 60156에 의함), 유전정접(KS C 2101에 의함) 및 전산가(KS M ISO 6618에 의함)를 측정하고 그 결과를 표 2에 기재하였다.

<비교예 1>

반응용기에 원유를 상온증류, 감압증류 등을 통하여 증류 분류한 유분(C₂₀~C₆₀)에 수소첨가 개질공법에 의하여 개질시키고, 개질된 유분을 200℃, 0.1torr의 압력하에서 박막 증류기기를 이용하여 분리정제하여 이소파라핀을 노말파라핀으로 변경 분리한 다음 활성백토를 첨가 정제하여 제조된 파라핀계 유분(A)를 70중량부 투입하고 1중량부에 해당하는 활성백토를 첨가하고 반응온도를 100℃ 로 유지하면서 30분간 300RPM 의 속도로 교반한 후 진공하에서 여과하여 활성백토를 제거하여 정제된 70중량부의 파라핀계 유분(A)를 준비하고, 이와는 별도로 감압증류 잔사유 또는 중질 유출유로부터 분리 정제한 고체 왁스를 메틸이소부틸케톤(M.I.B.K)탈유정제처리공법에 의하여 유분을 1중량% 미만으로 완전히 제거하고 활성백토로 정제하여 얻은 마이크로 크리스탈 왁스(B) 30중량부를 반응용기에 넣은 다음, 활성백토 1중량부를 첨가하고 반응온도를 100℃ 로 유지하면서 30분간 300RPM 의 속도로 교반한 후 진공하에서 여과하여 활성백토를 제거하여 앞에서 준비한 파라핀계 유분(A)와 혼합한 다음 혼합물의 유동점(KS M 2016에 의함), 절연파괴전압(KS C IEC 60156에 의함), 유전정접(KS C 2101에 의함) 및 전산가(KS M ISO 6618에 의함)를 측정하고 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다.

<비교예 2>

비교예 1과 동일한 방법으로 혼합물을 제조하되 정제에 사용하는 활성백토의 량을 각각 2중량부로 하였고, 제조된 혼합물의 유동점(KS M 2016에 의함), 절연파괴전압(KS C IEC 60156에 의함), 유전정접(KS C 2101에 의함) 및 전산가(KS M ISO 6618에 의함)를 측정하고 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다.

<비교예 3>

비교예 1과 동일한 방법으로 혼합물을 제조하되 정제에 사용하는 활성백토의 량을 각각 3중량부로 하였고, 제조된 혼합물의 유동점(KS M 2016에 의함), 절연파괴전압(KS C IEC 60156에 의함), 유전정접(KS C 2101에 의함) 및 전산가(KS M ISO 6618에 의함)를 측정하고 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다.

구분	유동점(℃)	절연파괴전압(KV)	유전정접(%)	전산가(㎎.KOH/g)
실시예 2	37.5	52	0.020	0.018
실시예 3	42.5	54	0.019	0.015
실시예 4	45.0	56	0.015	0.014
실시예 5	52.5	64	0.011	0.011
비교예 1	15.0	54	0.018	0.016
비교예 2	15.0	56	0.015	0.015
비교예 3	20.0	56	0.013	0.013

상기 표 2로부터 확인되는 바와 같이 파라핀계 유분(A)와 마이크로 크리스탈왁스(B)를 혼합한 상태에서 활성백토로서 처리한 실시예 2 내지 실시예 5와 파라핀계 유분(A)와 마이크로 크리스탈 왁스(B)를 각각 활성백토로서 처리한 비교예 1 내지 비교예 3을 대비하여 보면, 유동점에서 실시예 2 내지 실시예 5의 결과가 같은 량의 활성백토를 사용한 비교예 1 내지 비교예 3에 비하여 높은 온도의 유동점을 확보하고 있는 것임을 확인할 수 있다.

또, 실시예 2의 경우을 살펴보면 실시예 3 내지 실시예 5와 동일한 방법에 의하여 혼합물을 제조하되, 다만, 활성백토의 량을 절연체 100중량부에 대하여 1중량부를 첨가한 차이가 있으나 그 결과 유동점이 40℃ 이하로서 비교예의 결과와 같이 월등히 낮은 온도를 지니게 되어 콘덴서에 적용시 쉽게 열화를 일으킬 수 있게 되어 콘덴서의 내구성에 문제를 발생시키므로 활성백토의 첨가량은 절연체 100중량부에 대하여 2중량부 이상 첨가되어야 하는 실시예 3 내지 실시예 5의 방법에 의하여 제조된 절연체를 콘덴서에 적용시 콘덴서의 내구성이 향상될 수 있는 것임을 확인할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 콘덴서용 절연체는 높은 유동점을 유지하면서도 절연파괴전압 및 유전정접이 우수하고 금속막 산화현상이 적어 콘덴서의 내구성을 향상시키는 유용한 발명임을 확인할 수 있다.

Claims

원유를 상온증류, 감압증류 등을 통하여 증류 분류한 유분(C₂₀~C₆₀)에 수소첨가 개질공법에 의하여 개질시키고, 개질된 유분을 200℃, 0.1torr의 압력하에서 박막 증류기기를 이용하여 분리정제하여 이소파라핀을 노말파라핀으로 변경 분리한 다음 활성백토를 첨가 정제하여 파라핀계 유분(A)을 제조하는 단계; 감압증류 잔사유 또는 중질 유출유로부터 분리 정제한 고체 왁스를 메틸이소부틸케톤(M.I.B.K) 탈유정제처리공법에 의하여 유분을 1중량% 미만으로 제거하고 활성백토로 정제하여 마이크로 크리스탈 왁스(B)를 제조하는 단계; 상기 단계들로부터 얻은 파라핀계 유분 (A) 70중량부 내지 80중량부와 마이크로 크리스탈 왁스(B) 30중량부 내지 20중량부의 비율로 혼합한 다음 활성백토로 처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 절연체의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 혼합후 활성백토 처리시 활성백토의 첨가량이 혼합물 100중량부에 대하여 2중량부 내지 3중량부 인 것을 특징으로 하는 콘덴서용 절연체의 제조방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 혼합후 활성백토 처리시의 반응온도가 90℃ 내지 110℃ 인 것을 특징으로 하는 콘덴서용 절연체의 제조방법.
청구항 3에 있어서, 혼합후 활성백토의 처리시 활성백토를 분할하여 2회 반복실시하는 것을 특징으로 하는 콘덴서용 절연체의 제조방법.
청구항 1에 기재된 방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 콘덴서용 절연체.