KR100963224B1

KR100963224B1 - 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터

Info

Publication number: KR100963224B1
Application number: KR1020090008642A
Authority: KR
Inventors: 박충권
Original assignee: (주) 더몰론코리아
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-06-10
Also published as: CN102273315A; CN102273315B; US8952302B2; EP2395812B1; EP2395812A4; US20110278283A1; EP2395812A2; WO2010090389A2; WO2010090389A3

Abstract

본 발명은 가열봉의 외부 표면을 세라믹 코팅하여 내구성, 내식성 등의 물성을 향상시킴으로써, 물 또는 공기 중에서 가열이 가능한 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 히터에 관한 것으로, 가열봉의 외부 표면에 아크릴계 방식왁스를 첨가한 세라믹 조성물을 이용하여 코팅처리함으로써, 코팅층 도막의 결합력이 강화되어 내열성, 내식성 등과 같은 물성이 향상되어 수 중에서의 사용에 적합하고, 또한 공기를 데우기 위해 260℃이상의 온도로 가열할 경우에도 코팅층의 도막이 분해되지 않아 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능하여 드럼세탁기, 스팀 다리미, 난방기 등과 같은 다양한 가전제품에 적용시킬 수 있으며, 또한 히터의 외부 표면에 보론니트레이트(boron nitrate), β알루미나 등과 같은 고열전도성 세라믹과 원적외선 방사 세라믹을 혼합시킨 세라믹 조성물을 이용하여 코팅처리함으로써, 열전도성과 내마모성이 향상되어 적은 전류에 의해 높은 열전도가 가능하여 에너지 절감효과를 향상시켜 다양한 산업분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

물, 공기, 겸용, 세라믹 코팅 히터, 가열봉, 실란 화합물, 아크릴계 방식왁 스, 고열전도성 세라믹, 원적외선 방사 세라믹

Description

물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터{Ceramic coating heater which can be used in water and air}

본 발명은 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가열봉의 표면을 세라믹 코팅하여 내마모성, 내식성 내열성 등의 물성을 향상시킴으로써, 물 또는 공기 중에서 가열이 가능하여 세탁기, 커피포트, 난방기 등과 같이 다양한 종류의 전자제품에 적용시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 히터에 관한 것이다.

일반적으로 히터는 전도체에 전류를 흘려 열을 발산시켜 공기나 물과 같은 유체를 데우기 위해 사용하는 전열수단으로 세탁기, 커피포트, 난방기 등과 같이 다양한 종류의 전자제품 등에 적용되고 있으며, 물을 끓이기 위한 히터의 경우에는 히터의 부식을 방지하기 위해 내식성, 내마모성 등과 같은 물성이 요구되고 있으며, 공기를 데우기 위한 난방히터의 경우에도 공기 중에서 히터가 산화되는 것을 방지하기 위하여 기계적, 화학적 특성의 물성이 향상시키기 위해 히터 가열봉의 표 면에 세라믹 코팅을 한다.

이와 같이 히터가 적용되는 대표적인 예로서 가전제품인 세탁기를 예로 들면, 의류의 세척력을 높일 수 있도록 더운 물을 공급하기 위해 히터를 사용한다. 이때 각종 계면활성제 등이 함유된 합성세제를 사용함에 따라 히터의 가열봉이 부식되어 손상되거나 또는 가열봉의 표면에 스케일이 형성되어 용수에 열전달이 제대로 되지 않는 등의 문제점들이 발생하게 된다.

이와 같이 종래의 히터들은 상기에서 기술한 바와 같은 문제점들이 있으며, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 물을 가열시키기 위한 히터의 경우에는 국내 공개특허 특2003-37786호에 중앙부에 구비되는 열선과, 상기 열선을 감싸는 산화마그네슘층과, 상기 산화마그네슘층 외측을 감싸는 스테인레스 합금층과, 상기 스테인레스 합금층을 감싸는 초경피막층을 포함하여서 된 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 히터와 같이 히터를 표면처리하여 내부식성, 내마모성 등의 물성을 향상시킨 히터와, 국내 공개특허 특2000-2187호에 세탁기 내에서 전기히터의 배치구조를 조정하여 최소량의 세탁수 사용과 사용전력을 절감하기 위한 것을 특징으로 하는 히터의 배치구조와, 국내 등록실용신안 제20-393630호에 실란 화합물에 실리카졸, 무기질 바인더 용액, 기능성 첨가제, 실리콘계 오일 중합체, 수용성 불소화합물로 이루어진 무기질 세라믹 도료를 히터에 코팅시켜 스케일 침착을 방지하기 위한 것을 특징으로 하는 히터 등과 같이 다양한 종류의 히터들이 개발되어 특허출원 된 바 있지만 상기와 같은 특허들의 경우에는 물을 가열시키기에는 적합한 히터이나 공기 중에서 사용하기에는 적합하지 아니하며, 특히 국내 등록실용신안 제20-393630호의 히터와 같이 히터의 표면에 코팅한 세라믹 조성물에 불소수지가 함유된 경우에는 내열성이 낮아서 공기 중에서 260℃이상 가열할 경우 불소수지가 분해되어 코팅 피막이 손상되는 문제점이 발생할 우려가 있다.

그리고 공기를 가열시켜 세탁물을 건조시키기 위한 히터의 경우에는 국내 공개특허 제2005-66291호에 건조용 히터에서 열을 발생시키는 코일을 지지하는 인슐레이터에 관한 것이 개시되어 있지만 상기와 같은 전기 히터는 코일에 전기를 공급하여 열을 발생시키고, 공기가 상기 히터를 통과하면서 상기 열을 전달받아 고온 건조한 열풍으로 만들어 주는 장치로서 건조효율을 높이기 위한 히터의 배치구조 등에만 그 기술이 한정되어 있다.

이와 같이 세탁기용에 사용되어 온 종래의 히터들은 물 또는 공기 중에서 각각 그 용도에 적합하게 사용할 수 있도록 개발되어 왔으며, 물 또는 공기 중에서 겸용으로 사용할 수 있는 용도의 물성을 갖는 히터가 제대로 개발되지 않았으며, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 세탁시 삶아 빠는 기능을 수행하는 히터와 건조 기능을 수행하는 히터를 하나로 통합 설치하여 두 가지 기능을 모두 수행할 수 있어 세탁기에 설치되는 부품수가 감소되어 세탁기의 구조가 간단해지고, 제작 단가가 절감될 수 있을 뿐만 아니라 세탁수를 절감시킬 수 있는 등의 효 과를 갖도록 하기 위한 히터로서, 국내 공개특허 제2005-97276호에 도 1에 도시된 바와 같이 전면에 투입구(12)를 갖는 본체(10) 내부에 저수조(20)가 설치되고, 상기 저수조(20)의 외측 하부에는 구동모터(30)가 설치되며, 상기 저수조(20) 내부에는 상기 구동모터(30)의 구동력을 전달받아 눕혀진 상태에서 회전하도록 드럼(40)이 설치되고, 상기 본체(10)의 전면에는 투입구(12)를 개폐시켜 주도록 도어(50)가 설치되며, 상기 본체(10) 내의 상부에는 드럼(40) 내부의 공기를 순환시키면서 순환 공기 중의 습기를 제거하여 줌에 따라 세탁물이 건조되도록 하는 건조장치(60)가 구비된 드럼 세탁기에 있어서, 상기 건조장치(60)의 내부에 설치되는 발열 히터(66); 및 상기 건조장치(60)의 내측으로 세탁수를 공급하기 위한 급수 수단(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합히터가 구비된 드럼 세탁기가 개발되어 특허출원된 바 있지만 상기와 같은 통합히터의 경우 통합히터를 설치하기 위한 구조에만 특징이 있고, 물 또는 공기 중에서 히터를 가열시 요구되는 히터의 물성을 만족시킬 수 있는 소재가 개발되지 아니하여 그 적용에는 한계가 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 히터 가열봉의 외부 표면에 아크릴계 방식왁스를 첨가한 세라믹 조성물을 이용하여 코팅처리함으로써, 코팅층의 표면이 매끄럽고, 도막의 결합력이 강화되고, 내열성, 내식성 등과 같은 물성을 향상되어 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능하여 드럼세탁기, 스팀 다리미, 난방기 등과 같은 다양한 가전제품에 적용시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터를 제공함을 과제로 한다.

종래의 세라믹 불소수지 코팅층을 형성시킨 히터의 경우에는 내식성이 우수하여 수중에서 부식현상이 일어나지 않아 물속에서 사용하더라도 물이 끓더라도 100℃를 넘지 않기 때문에 히터봉 표면의 세라믹 불소수지 코팅층에 아무런 문제가 발생하지 않았지만 세라믹 불소수지 코팅처리한 히터를 공기를 대우기 위해 대기 중에서 사용할 경우에는 내열성이 약한 불소수지 화합물이 260℃이상에서 분해되어 코팅층의 도막이 훼손되는 등의 문제점이 발생함에 따라 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 불가능하였다.

또한 본 발명은 히터 가열봉의 외부 표면에 보론니트레이트(boron nitrate), β알루미나, 지르코니아 등과 같은 고열전도성 세라믹과 맥반석, 황토, 토르말린 등과 같은 원적외선 방사 세라믹을 첨가한 세라믹 조성물을 이용하여 코팅처리함으로써, 열전도성과 내마모성이 향상되고, 방사되는 원적외선에 의해 적은 전류를 사용하여 높은 에너지를 발생할 수 있어 에너지 절감효과를 향상시킨 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터를 제공함을 다른 과제로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 가열봉 표면에 세라믹 코팅층을 형성시킨 히터에 있어서,

상기 세라믹 코팅층은 실란 화합물과 실리카졸로 이루어진 바인더 65~80 중량부와,

고전열성 세라믹과 원적외선 방사 세라믹을 혼합시킨 세라믹 파우더 18~30 중량부와.

아크릴계 방식왁스 1~3 중량부 및

안료 1~2 중량부로 이루어지는 세라믹 코팅조성물을 코팅시킨 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터를 과제 해결 수단으로 한다.

단, 상기 바인더는 실란 화합물 50~70 중량%와 실리카졸 30~50 중량%로 이루어지는 바인더이고, 상기 실란 화합물은 세라믹 파우더를 결합시키기 위한 결합제 로서, 화학식이 RnSiX_4-n인 실란 또는 그로부터 파생된 올리고머인 것이 바람직하며,

그리고 상기 실리카졸은 0.2~1.0㎛ 입자크기의 분말 산화규소(SiO₂) 20~40 중량%에 물 60~80 중량%를 혼합시킨 실리카졸인 것이 바람직하며,

또한 상기 세라믹 파우더는 고열전도성 세라믹 50~60 중량%와 원적외선 방사 세라믹 40~50 중량%를 혼합시킨 것이 바람직하다.

상기의 과제 해결수단에 의한 본 발명은 가열봉의 외부 표면에 아크릴계 방식왁스를 첨가한 세라믹 조성물을 이용하여 코팅처리함으로써, 코팅층 도막의 결합력이 강화되어 내열성, 내식성 등과 같은 물성이 향상되어 수중에서의 사용에 적합하고, 또한 공기를 데우기 위해 260℃이상의 온도로 가열할 경우에도 코팅층의 도막이 분해되지 않아 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능하여 드럼세탁기, 스팀 다리미, 난방기 등과 같은 다양한 가전제품에 적용시킬 수 있으며, 또한 히터의 외부 표면에 보론니트레이트(boron nitrate), β알루미나 등과 같은 고열전도성 세라믹과 원적외선 방사 세라믹을 혼합시킨 세라믹 조성물을 이용하여 코팅처리함으로써, 열전도성과 내마모성이 향상되어 적은 전류에 의해 높은 열전도가 가능하여 에 너지 절감효과를 향상시켜 다양한 산업분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 본 발명에 따른 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터의 구성을 특징을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 아래의 내용과 같다.

한편, 상세한 설명 및 첨부된 도면에서 일반적인 히터 장치로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히, 상세한 설명 및 첨부된 도면에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소에 대한 상세한 설명 및 도시도 별도의 설명을 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

참고로, 도 2는 본 발명에 따른 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터를 나타낸 사시도에 관한 것이고, 도 3은 상기 도 2의 A-A'선을 절단한 단면을 나타낸 단면도에 관한 것이다.

본 발명에 첨부한 도면에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 히터의 구조 중에서 가장 간단한 봉 형상의 히터를 예로 들어 설명하지만 다양한 형상의 히터가 적용될 수 있으므로, 본 발명에서는 히터의 형상은 본 발명의 특징이 되지 아니하며, 히터의 외부 표면에 코팅하는 세라믹 조성물에 그 특징이 있다.

본 발명은 가열봉 표면에 세라믹 코팅층을 형성시킨 히터에 있어서,

아크릴계 방식왁스 1~3 중량부 및

안료 1~2 중량부로 이루어지는 세라믹 코팅조성물을 코팅시킨 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터에 관한 것이다.

본 발명에 적용되는 히터(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 통상적인 구조를 갖는 히터로서, 일반적으로 전원의 인가에 따라 열을 발생시키기 위한 가열봉은 그 히터봉 내부의 중심부에 전류가 흐르는 니크롬선 코일(10)과, 그 외부를 감싸는 열전도성 절연체(20)와 그 외부에 물 또는 공기 등과 같은 매체에 열을 발산하는 기능을 갖는 강판, 스테인리스 등과 같은 소재를 이용한 전도체(30)가 감싼 형태의 구조로 이루어진다. 상기 열전도성 절연체(20)는 니크롬선 코일(10)에 의해 발열된 열만 전도체(30)로 전달하고, 니크롬선 코일(10)에 흐르는 전류는 전도체(30)로 흐르는 것이 차단된다.

그리고 온도센서(미도시)와 양전위 단자(70)가 부착된 고정판(50)에 의해 고 정된 가열봉은 결합부재(60)에 의해 가열기구의 내부 벽체에 결합된다.

또한 상기의 구조를 갖는 히터는, 양전위 단자(70)에 의해 전도체(30)에 직류(DC)의 양전위(+)를 인가하고, 용수에는 음전위(-)를 인가하여 미약전류인 10mA ∼ 300mA를 인가하여 히터봉의 외부에 스케일이 형성되는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 세라믹 코팅 히터는 상기 히터봉에 세라믹 코팅층(40)을 형성시킴으로써, 내열성, 내식성, 내마모성 등의 물성이 향상되어 수중에서의 사용에 적합하고, 또한 공기를 데우기 위해 260℃이상의 온도로 공기 중에서 가열할 경우에도 코팅층의 도막이 분해되지 않는다.

따라서 본 발명에 따른 세라믹 코팅 히터는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능하게 하여 드럼세탁기, 스팀 다리미, 난방기 등과 같은 다양한 가전제품에 적용시킬 수 있도록 하였고, 또한 히터의 열전도율을 향상시킴으로써 에너지를 절감할 수 있도록 한 것이 특징이다.

본 발명에서 적용 가능한 히터봉의 형상은 열전도율을 높이기 위해 봉형, 나선형, 파형 등과 같은 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 세라믹 코팅 히터를 코팅하기 위한 세라믹 코팅 조성 물의 구성성분에 대하여 상세히 설명하면 아래 내용과 같다.

본 발명에서 세라믹 코팅조성물은 본 발명자가 이미 대한민국 등록특허 제512599호로 특허등록 받은 바 있는 무기질 세라믹 코팅제 조성물을 히터에 적용시키기 위해 개량한 것으로서, 바인더, 세라믹 파우더, 아크릴계 방식왁스 및 안료로 구성되어진다.

그리고 본 발명에서 바인더는 실란 화합물과 실라카졸을 혼합시킨 것으로서, 코팅층의 내구성, 내마모성과 같은 기계적 물성과 내식성과 같은 화학적 물성을 향상시키는 기능을 한다.

상기 바인더의 혼합량은 65~80 중량부인 것이 바람직하다. 바인더의 혼합량이 65 중량부 미만이 될 경우에는 기계적 화학적 물성이 저하할 우려가 있고, 바인더의 혼합량이 80 중량부를 초과할 경우에는 기계적 화학적 물성이 향상되나 열전도율이 저하할 우려가 있다.

그리고 상기 바인더는 실란 화합물 50~70 중량%와 실리카졸 30~50 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 실란 화합물은 화학식이 RnSiX_4-n인 실란 또는 그로부터 파생된 올리고머인 것이 바람직하다.

상기 화학식 RnSiX_4-n에서 X는 서로 같거나 다르고, 가수분해 가능한 기 또는 히드록시 기이고, 라디칼 R은 서로 같거나 다르고, 수소, 탄소수 10 미만의 알킬기를 나타내고, n은 0, 1 또는 2인 실란이 하나 이상 사용된다.

상기 실란 화합물은 더욱 구체적으로는 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노르말프로필트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 노르말프로필트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란, 테트라에톡시실란 또는 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한 실란 화합물의 혼합량은 상기에서 한정한 범위 미만 혼합될 경우에는 실리카졸과의 반응성이 저하되며, 상기에서 한정한 범위를 초과하여 혼합될 경우에는 과반응이 일어나 결합제로서의 물성이 저하될 우려가 있다.

그리고 실리카졸은 실란 화합물과 화학 반응하여 결합되는 무기질 화합물로 서, 30~50 중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 실리카졸의 혼합량이 상기에서 한정한 범위를 벗어날 경우에는 메틸트리메톡시실란과 테트라에톡시실란 간에 규소-산소-금속(Si-O-Metal)의 결합력이 약화되어 고열에서 박리되는 현상이 발생할 우려가 있다.

또한 본 발명에서 사용하는 실리카졸은 0.2~1.0㎛ 입자크기의 분말 산화규소(SiO₂) 20~40 중량%에 물 60~80 중량%를 혼합시키는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 상기 혼합량을 적절히 조정할 수 있다.

그리고 본 발명에서 세라믹 파우더는 고열전도성 세라믹 50~60 중량%와 원적외선 방사 세라믹 40~50 중량%를 혼합시킨 것을 사용한다.

또한 세라믹 파우더의 혼합량은 18~30 중량부가 바람직하며, 세라믹 파우더의 혼합량이 18 중량부 미만이 될 경우에는 내마모성, 열전도율 등의 효율이 저하할 우려가 있고, 세라믹 파우더의 혼합량이 30 중량부를 초과할 경우에는 바인더에 비해 세라믹 파우더의 혼합량이 상대적으로 과량 혼합되어 세라믹 코팅 도막의 결합력이 약화될 우려가 있다.

본 발명에서 고열전도성 세라믹은 높은 열전도성과 함께 내마모성 등의 물성 을 향상시키는 역할을 하는 세라믹으로써, 열전도율이 높은 화합물인 보론니트레이트(boron nitrate), β알루미나, 지르코니아 중에서 1 종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한 원적외선 방사 세라믹은 원적외선 방사를 통해 열 효율을 향상시키며, 내마모성과 같은 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는 세라믹으로써, 40℃에서 원적외선 방사율이 90%이상인 토르말린, 황토, 견운모, 흑요석, 맥반석, 광명석 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기에서 고전열성 세라믹과 원적외선 방사 세라믹의 혼합량이 상기에서 한정한 범위를 벗어날 경우에는 공급되는 공급열량 또는 원적외선 방사 가능량의 균형비가 적절히 조절되지 아니하여 열 효율이 저하하는 문제점이 발생할 우려가 있다.

그리고 본 발명에서 사용하는 세라믹의 분말 입자 크기는 0.2~1.0㎛ 인 것이 바람직하다. 상기에서 분말입자의 크기가 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 원자재 가격의 상승으로 인해 비경제적인 문제점이 발생할 우려가 있고, 분말입자의 크기가 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 코팅층 도막의 표면이 매끄럽지 못할 우려가 있다.

그리고 본 발명에서 아크릴계 방식왁스는 내식성과 내열성을 향상시키기 위해 혼합시키는 왁스로서, 코팅층 도막의 결합력이 강화되어 내열성, 내식성 등과 같은 물성이 향상되어 수중에서의 사용에 적합하고, 또한 공기를 데우기 위해 260℃이상의 온도로 가열할 경우에도 코팅층의 도막이 분해되지 않아 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능하도록 하는 기능을 한다.

상기 아크릴계 방식왁스의 혼합량은 1~3 중량부가 바람직하며, 아크릴계 방식왁스의 혼합량이 1 중량부 미만이 될 경우에는 코팅층 도막의 내열성이나 내식성 등의 물성이 저하할 우려가 있고, 아크릴계 방식왁스의 혼합량이 3 중량부를 초과할 경우에는 코팅층 도막의 기타 물성이나 또는 도막의 접착력 등이 저하할 우려가 있다.

또한 상기 아크릴계 방식왁스는 비불소계 방식왁스로서, 아크릴계코폴리머 에멀젼 80~90 중량%와 파라핀 왁스 3~5 중량% 및 자일렌 7~15 중량%로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 아크릴계코폴리머 에멀젼의 혼합량이 상기에서 한정한 범위 미만으로 혼합될 경우에는 내식성과 내열성이 저하할 우려가 있고, 아크릴계코폴리머 에멀젼의 혼합량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 상대적으로 파라핀 왁스나 또는 자일렌의 혼합량이 적어 세라믹 파우더와 균일하게 혼합되지 아니하여 상기와 같이 내식성과 내열성이 저하할 우려가 있다.

그리고 상기 아크릴계코폴리머 에멀젼은 아크릴계코폴리머 100 중량부와 물 50~500 중량부 및 비이온계 계면활성제 0.5~20 중량부로 이루어진다.

또한 상기 아크릴계코폴리머는 [A1]-[B]-[A2]의 블록 코폴리머가 바람직하며, 상기 A1 및 A2 폴리머 블록으로는, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-프로필메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 이소보르닐메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 사이클로헥실메타크릴레이트 및 이들의 조합과 같은 아크릴산 또는 메타크릴산 알킬 에스테르 모노머로부터 유래된 폴리머 또는 코폴리머가 포함되어진다.

또한 상기 B 폴리머 블록으로는, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-프로필 아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, sec-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 아밀아크릴레이트, 이소아밀아크릴레이트, n-헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 이소-옥틸아크릴레이트, 데실메틸아크릴레이트 및 이들의 조합과 같은 아크릴산 또는 메타크릴산 알킬 에스테르 모노머로부터 유래된 폴리머 또는 코폴리머가 포함되어진다.

그리고 본 발명에 따른 세라믹 조성물은 코팅막의 색상을 내기 위해 안료를 사용하며, 안료의 혼합량은 1~2 중량부인 것이 바람직하다. 본 발명에서 안료의 혼합량은 상기에서 한정한 바 있지만 안료의 색상 또는 소비자의 요구나 제조자의 필요에 따라 상기에서 정한 범위에만 반드시 한정되지 아니하고 안료의 채도, 명도 등에 의해 적절히 조정되어 질 수 있다.

그리고 본 발명에서 세라믹 코팅층의 두께는 20~50㎛인 것이 바람직하며, 세라믹 코팅층의 두께가 20㎛ 미만인 경우에는 코팅층의 내구성, 내마모성과 같은 기계적 물성과 내식성과 같은 화학적 물성이 저하할 우려가 있고, 세라믹 코팅층의 두께가 50㎛를 초과할 경우에는 기계적 화학적 물성이 향상되나 열전도율이 저하할 우려가 있다.

상기와 같이 본 발명에 따라 히터 가열봉의 외부 표면을 아크릴 수지, 고열전도성 세라믹이 혼합된 조성물을 이용하여 코팅처리함으로써, 코팅층 도막의 결합력이 강화되어 내열성, 내식성, 내마모성 등과 같은 물성을 향상되고, 열전도율을 높임으로써 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능하여 드럼세탁기, 스팀 다리미, 난방기 등과 같은 다양한 가전제품에 적용시킬 수 있어 그 수요가 증대될 것으로 기대된다.

이하, 본 발명의 구성을 실시예를 통해 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 다 만 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리 범위가 이들 실시예에 한정되는 것으로 해석되어 져서는 아니된다.

1. 세라믹 코팅 히터 가열봉의 시편 제작

도 2에 도시된 바와 같은 형상을 갖는 히터에 아래 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 따른 세라믹 코팅 조성물을 이용하여 두께 25±5㎛의 피막 두께를 갖는 세라믹 코팅층을 형성시킨 히터 가열봉의 전도체 시편(sus 24)을 각각 제작하였다.

(실시예 1)

메틸트리메톡시실란과 테트라에톡시실란을 균등하게 혼합한 실란 화합물 50 중량%와 실리카졸 50 중량%를 혼합시킨 바인더 65 중량부와, 보론니트레이트(boron nitrate), β알루미나, 지르코니아를 균일하게 혼합시킨 고전열성 세라믹 50 중량%와 토르말린, 황토, 견운모, 흑요석, 맥반석, 광명석을 균일하게 혼합시킨 원적외선 방사 세라믹 50 중량%를 혼합시킨 세라믹 파우더 30 중량부와. 아크릴계 방식왁스 3 중량부 및, 안료 2 중량부로 이루어지는 세라믹 코팅조성물을 사용하여 상기 1의 방법에 따라 히터 가열봉의 시편을 각각 제작하였다.

단, 상기에서 실리카졸은 분말 산화규소(SiO₂) 20 중량%에 물 80 중량%를 혼 합시킨 것을 사용하였다.

(실시예 2)

메틸트리메톡시실란과 테트라에톡시실란을 균등하게 혼합한 실란 화합물 70 중량%와 실리카졸 30 중량%를 혼합시킨 바인더 80 중량부와, 보론니트레이트(boron nitrate), β알루미나, 지르코니아를 균일하게 혼합시킨 고전열성 세라믹 60 중량%와 토르말린, 황토, 견운모, 흑요석, 맥반석, 광명석을 균일하게 혼합시킨 원적외선 방사 세라믹 40 중량%를 혼합시킨 세라믹 파우더 18 중량부와. 아크릴계 방식왁스 1 중량부 및, 안료 1 중량부로 이루어지는 세라믹 코팅조성물을 사용하여 상기 1의 방법에 따라 히터 가열봉의 시편을 각각 제작하였다.

단, 상기에서 실리카졸은 분말 산화규소(SiO₂) 40 중량%에 물 80 중량%를 혼합시킨 것을 사용하였다.

(비교예 1)

상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 히터의 가열봉을 세라믹 코팅시키되, 실시예 1의 아크릴계 방식왁스 대신 불소수지 3 중량부를 사용하여 히터 가열봉의 시편을 각각 제작하였다.

단, 상기에서 바인더, 실리카졸 및 세라믹 파우더는 실시예 1과 동일한 조성비를 갖는 화합물을 사용하였다.

(비교예 2)

바인더 80 중량부와, 세라믹 파우더 18 중량부와. 아크릴계 방식왁스 1 중량부 및, 안료 1 중량부로 이루어지는 세라믹 코팅조성물을 사용하여 상기 1의 방법에 따라 히터 가열봉의 시편을 각각 제작하였다.

단, 상기에서 바인더는 실시예 1과 동일한 조성비를 갖는 화합물을 사용하였고, 세라믹 파우더는 원적외선 방사 세라믹만을 사용하였다.

2. 세라믹 코팅 히터 가열봉 시편의 평가

상기 1의 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 방법에 따라 제조한 히터 가열봉의시편을 대상으로 내식성, 내열성 및 열전도성을 평가한 결과는 아래 [표 1]의 내용과 같다.

평가항목	실시예		비교예
평가항목	1	2	1	2
내식성	양호	양호	양호	양호
내열성	양호	양호	일부 분해	양호
열전도성(W/mk)	2.631	2.212	0.812	1.415

상기 [표 1]의 평가항목에서 내식성은 5% NaCl 수용액에 시편을 60일간 침지시킨 후 도막의 상태를 평가하였고, 내열성은 시험편의 온도를 300℃로 가열시켜 2시간 경과 후 코팅층 도막의 상태를 평가하였으며, 열전도성은 한국과학기술원(KAIST)에서 측정한 시험결과에 따랐다.

상기 [표 1]의 내용에 의하면, 실시예 1, 2의 경우에는 비교예 1, 2에 비해 내식성, 내열성 및 열전도성의 성능이 모두 우수한 것으로 평가되어 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터임을 확인할 수 있었다.

이에 반해 비교예 1의 경우에는 실시에 1, 2의 아크릴계 방식왁스 대신 불소수지를 사용함에 따라 내식성의 물성은 만족시키지만 내열성 및 열전도성 항목의 성능이 저하되어 공기 중에서 사용하기에는 부적합 것으로 확인되었고, 비교예 2의 경우 내식성, 내열성은 우수하나 열전도성의 물성이 떨어져서 실시예 1, 2 및 비교예 1에 비해 낮은 것으로 평가되었다.

따라서 상기 실시예에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터의 우수성에 대해서는 입증되었지만 본 발명의 구성이 상기의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 및 변형이 가능하다.

도 1은 물 또는 공기 중에서 사용 가능한 통합히터가 구비된 종래의 드럼 세탁기를 나타낸 개략 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터를 나타낸 사시도,

도 3은 상기 도 2의 A-A'선을 절단한 단면을 나타낸 단면도에 관한 것이다.

Claims

가열봉 표면에 세라믹 코팅층을 형성시킨 히터에 있어서,

상기 세라믹 코팅층은 실란 화합물과 실리카졸로 이루어진 바인더 65~80 중량부와,

고전열성 세라믹과 원적외선 방사 세라믹을 혼합시킨 세라믹 파우더 18~30 중량부와.

아크릴계 방식왁스 1~3 중량부 및,

안료 1~2 중량부로 이루어지는 세라믹 코팅조성물을 코팅시킨 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터.
제 1항에 있어서,

상기 바인더는 실란 화합물 50~70 중량%와 실리카졸 30~50 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터.
제 2항에 있어서,

실란 화합물은 세라믹 파우더를 결합시키기 위한 결합제로서, 화학식이 RnSiX_4-n인 실란 또는 그로부터 파생된 올리고머인 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터.

단, 상기 화학식 RnSiX₄ _-n에서 X는 서로 같거나 다르고, 가수분해 가능한 기 또는 히드록시기이고, 라디칼 R은 서로 같거나 다르고, 수소, 탄소수 10 미만의 알킬기를 나타내고, n은 0, 1 또는 2.
제 2항에 있어서,

상기 실리카졸은 0.2~1.0㎛ 입자크기의 분말 산화규소(SiO₂) 20~40 중량%에 물 60~80 중량%를 혼합시키는 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터.
제 1항에 있어서,

상기 세라믹 파우더는 고열전도성 세라믹 50~60 중량%와 원적외선 방사 세라믹 40~50 중량%를 혼합시킨 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터.
제 5항에 있어서,

상기 고열전도성 세라믹은 열전도율이 높은 화합물인 보론니트레이트(boron nitrate), β알루미나, 지르코니아 중에서 1 종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터.
제 5항에 있어서,

상기 원적외선 방사 세라믹은 토르말린, 황토, 견운모, 흑요석, 맥반석, 광명석 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터.
제 1항에 있어서,

상기 아크릴계 방식왁스는 아크릴계코폴리머 에멀젼 80~90 중량%와 파라핀 왁스 3~5 중량% 및 자일렌 7~15 중량%로 이루어진 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터.
제 8항에 있어서,

상기 아크릴계코폴리머 에멀젼은 아크릴계코폴리머 100 중량부와 물 50~500 중량부 및 비이온계 계면활성제 0.5~20 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 물 또는 공기 중에서 겸용 사용이 가능한 세라믹 코팅 히터.