KR101045795B1 - 면상 발열체용 친환경성 전도 코팅조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수용성 수지 및 물을 이용하여 그 유동성 내지 점도를 조절함으로써 친환경적이면서도 인체에 무해한 면상 발열체용 친환경성 전도 코팅조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 면상발열체용 전도 코팅조성물은, 흑연, 전도성 카본블랙, 수용성 아크릴수지, 및 유동성 조절제(용제)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

면상 발열체용 친환경성 전도 코팅조성물{ENVIRONMENT-FRIENDLY CONDUCTIVE COATING COMPOSITION FOR PLANE HEATER}

본 발명은 각종 난방용 면상발열체 등에 이용되는 전도 코팅조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수용성 수지 및 물을 이용하여 그 유동성 내지 점도를 조절함으로써 친환경적이면서도 인체에 무해한 면상 발열체용 친환경성 전도 코팅조성물에 관한 것이다.

전기통전에 의해 발열되는 면상발열체는 온도조절이 용이하고 그 동작중에 유해가스나 소음의 발생이 없기 때문에 가정용으로는 히팅매트, 히팅패드, 매트리스, 이불, 레저용이나 방한용 발열의류 등에 이용되고 있고, 산업용으로는 건물의 난방 또는 가열장치, 농수산물의 건조장치, 도로나 주차장의 결빙 방지장치 등에 이용되는 등 폭넓게 활용되고 있다.

면상발열체의 초기 제품에서는 니크롬선과 같은 금속선을 발열소재로 사용하였으나, 이는 발열선 부위에만 국부적으로 발열이 일어나서 온도분포의 균일성이 떨어지는 문제점이 있어, 최근에는 상기의 금속발열선 대신에 카본발열체를 적용한 면상발열체가 주로 이용되고 있다.

면상발열체는 카본을 함유한 전도 코팅층을 전면에 걸쳐 도포한 전면 발열구조로 구성되고, 차량의 유리창 등에 설치하여 성애 방지용으로 사용되거나, 난방용으로 바닥의 마감재 또는 벽면 등에 설치되는 등 다양한 분야에 적용되어 사용되고 있다.

한편, 면상발열체에 이용되는 전도성 코팅조성물은 주성분인 카본블랙 및 유성 합성수지와, 유동성 조절제인 휘발성 유기용제류(솔벤트)를 포함하고 있다.

이와 같이 종래의 면상발열체용 전도성 코팅조성물은 인체에 유해한 유성 합성수지 및 휘발성 유기용제가 다량 함유되어 있어 인체에 유해할 뿐만 아니라 환경오염의 주된 요인으로 지목되어 그 사용에 여러가지 제약이 따를 뿐만 아니라 화재발생의 위험을 항상 수반하고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 점도(유동성) 조절이 용이하여 사용편의성이 양호하고, 인체에 무해할 뿐만 아니라 친환경적인 면상발열체용 전도 코팅조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면상발열체용 전도 코팅조성물은, 흑연, 전도성 카본블랙, 수용성 아크릴수지, 및 유동성 조절제(용제)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 면상발열체용 전도 코팅조성물의 전체 중량에 대해 수용성 아크릴수지가 50 내지 55 중량%인 것을 특징으로 한다.

상기 유동성 조절제(용제)는 물인 것을 특징으로 한다.

상기 흑연은 14~17 중량%이고, 상기 전도성 카본블랙은 6~10 중량%이며, 상기 수용성 아크릴수지 50~55 중량%이고, 상기 물은 15~20 중량%인 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수용성 아크릴수지는 100℃온도에서 액화되는 수용성 아크릴 수지이고, 수용성 아크릴수지의 액화에 의해 과열방지 기능과 유사한 셀프 스위치역할을 한다.

상기 수용성 아크릴수지는 60 중량%의 용제와 40 중량%의 아크릴고형분으로 이루어지고, 상기 용제는 물과 알코올이 혼합된 것을 특징으로 한다.

상기 흑연은 인조흑연과 인상흑연이 혼합된 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 인체에 유해하고 환경 오염을 일으키는 휘발성 유기용제를 사용하지 않고 친환경적인 수용성 아크릴수지와 유동성 조절제를 물을 사용함으로써 친환경적인 특성을 가지도록 설계되어 화재 예방과 함께 인체에도 무해한 장점을 가지고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 면상발열체용 전도 코팅조성물은 흑연, 전도성 카본블랙 및 합성수지를 주성분으로 하고, 유동성 조절제(용제)를 포함한다.

특히, 본 발명에 의한 합성수지는 통상의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 에폭시 기판, 페놀 기판, 유리 기판 등에 부착력이 양호하고, 스크린 인쇄 및 그라비아 인쇄방식에 적당한 수용성 아크릴수지를 이용한다.

그리고, 본 실시예의 수용성 아크릴수지는 특정 온도 범위(100℃)에서 액화현상을 가지는 수용성 아크릴수지를 사용하고, 이러한 수용성 아크릴수지의 액화에 의해 과열을 방지하는 셀프 스위치역할을 한다.

또한, 본 실시예의 수용성 아크릴수지는 60 중량%의 용제와 40 중량%의 아크릴고형분으로 이루어지고, 상기 용제는 물과 알코올이 혼합된 것을 특징으로 한다.

그리고, 유동성 조절제(용제)로는 친환경성을 고려하여 물만 사용한다.

또한, 본 발명의 조성물은 물과, 소포제, 분산제, 레벨링제, 접착증진제, 침강방지제 등의 첨가제와, 원적외선 방사기능을 가진 세라믹 분말 등을 포함할 수 있다.

본 발명에서 친환경 역할은 수용성 아크릴수지가 하며 배합량은 50 내지 55 중량% 정도가 적합하다. 수용성 아크릴수지의 배합량이 50 중량% 미만일 때는 소지에 대한 부착력이 약하고, 55 중량%를 초과하여 혼합하면 전기 전도성이 저하되며 카본 페이스트 배합 후 밀링 작업시 마름현상이 심해서 액상의 조성물를 제조하기가 어렵다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 흑연은 14~17 중량%이고, 전도성 카본블랙은 6~10 중량%이며, 수용성 아크릴수지 50~55 중량%이고, 물은 15~20 중량%이다.

전도성 카본블랙은 분말크기가 100nm 이하의 것을 사용하며, 배합량은 전체 전도성 필러의 5 내지 50 중량%가 적당하고, 이 비율이 너무 낮으면 도막의 은폐력이 약하며 전도성이 저하되어 문제가 있을 수 있다. 또한 비율이 많을 경우 분산체의 흡유량이 커서 분산공정에서 점도가 상승되어 유동성이 약해지므로 기재에 도포하기 어려울 수가 있다.

흑연 분말은 8㎛ 이하의 입도를 갖는 것을 사용하는 것이 적당하다. 입자의 크기가 8㎛를 초과하면 스크린 메쉬의 선택폭이 작아져 생산성이 저하된다. 흑연은 인상흑연과 인조흑연을 적절히 혼합하여 사용한다. 정해진 저항값에 따라 흑연과 카본블랙의 비율을 1:1, 2:1 비율로 사용하는 것이 좋으며 용도와 효과에 따라 조정하여 사용한다.

본 발명의 수용성 전도코팅액 조성물은 다음의 제조방법으로 제조한다. 일정량의 물에 수용성 아크릴수지를 충분히 교반한다. 완전히 용해시킨 후 합성수지 일정량과 분산제를 서서히 교반하면서 혼합한다. 완전히 액상으로 될 때까지 교반한 후 카본과 흑연, 기능성 무기물을 배합량에 맞게 혼합하여 일정 시간 교반한다. 그리고 접착증진제, 레벨링제, 소포제, 안정제 등의 첨가제를 혼합하여 일정 시간 교반하고 밀링기에 6㎛ 이하의 분산도가 될 때까지 분산하여 수용성 전도코팅액을 제조한다.

[ 실시예 1]

수용성 아크릴수지 50g을 물 10g에 완전히 용해될 때까지 1 내지 2시간 동안 교반하여 용해시켰다. 여기에 카본블랙 8g, 인상흑연 8g, 인조흑연 8g, 분산제 3g을 혼합한 후 30분 정도 고르게 섞일 때까지 교반하였다. 그리고 나서 소포제 0.5g, 레벨링제 0.5g, 접착증진제 1g, 침강방지제 1g, 희석제를 혼합한 후 1시간 정도 충분히 교반하였다.

위의 혼합액을 밀링기에 투입하고 3회 반복 밀링작업을 하였다. 마지막으로 도포조건에 따라 희석제인 물 10g으로 유동성(점도)을 조정하였다.

성분	함량(g)
물 40% 수용성 아크릴 수지 카본블랙 인상흑연 인조흑연 소포제 분산제 레벨링제 접착증진제 침강방지제 물	10 50 8 8 8 0.5 3 0.5 1 1 10

[실시예 2]

수용성 아크릴수지 40g을 물 10g에 완전히 용해될 때까지 1 내지 2시간 동안 교반하여 용해시켰다. 여기에 카본블랙 8g, 인상흑연 8g, 인조흑연 8g, 분산제 3g을 혼합한 후 30분 정도 고르게 섞일 때까지 교반하였다. 그리고 나서 소포제 0.5g, 레벨링제 0.5g, 접착증진제 1g, 침강방지제 1g, 희석제를 혼합한 후 1시간 정도 충분히 교반하였다.

위의 혼합액을 밀링기에 투입하고 3회 반복 밀링작업을 하였다. 마지막으로 도포조건에 따라 희석제인 물 20g으로 유동성(점도)을 조정하였다.

성분	함량(g)
물 40% 수용성 아크릴 수지 카본블랙 인상흑연 인조흑연 소포제 분산제 레벨링제 접착증진제 침강방지제 물	10 40 8 8 8 0.5 3 0.5 1 1 20

[실시예 3]

수용성 아크릴수지 45g을 물 10g에 완전히 용해될 때까지 1 내지 2시간 동안 교반하여 용해시켰다. 여기에 카본블랙 8g, 인상흑연 8g, 인조흑연 8g, 분산제 3g을 혼합한 후 30분 정도 고르게 섞일 때까지 교반하였다. 그리고 나서 소포제 0.5g, 레벨링제 0.5g, 접착증진제 1g, 침강방지제 1g, 희석제를 혼합한 후 1시간 정도 충분히 교반하였다.

위의 혼합액을 밀링기에 투입하고 3회 반복 밀링작업을 하였다. 마지막으로 도포조건에 따라 희석제인 물 15g으로 유동성(점도)을 조정하였다.

성분	함량(g)
물 40% 수용성 아크릴 수지 카본블랙 인상흑연 인조흑연 소포제 분산제 레벨링제 접착증진제 침강방지제 물	10 45 8 8 8 0.5 3 0.5 1 1 15

[실시예 4]

수용성 아크릴수지 55g을 물 10g에 완전히 용해될 때까지 1 내지 2시간 동안 교반하여 용해시켰다. 여기에 카본블랙 8g, 인상흑연 8g, 인조흑연 8g, 분산제 3g을 혼합한 후 30분 정도 고르게 섞일 때까지 교반하였다. 그리고 나서 소포제 0.5g, 레벨링제 0.5g, 접착증진제 1g, 침강방지제 1g, 희석제를 혼합한 후 1시간 정도 충분히 교반하였다.

위의 혼합액을 밀링기에 투입하고 3회 반복 밀링작업을 하였다. 마지막으로 도포조건에 따라 희석제인 물 5g으로 유동성(점도)을 조정하였다

성분	함량(g)
물 40% 수용성 아크릴 수지 카본블랙 인상흑연 인조흑연 소포제 분산제 레벨링제 접착증진제 침강방지제 물	10 55 8 8 8 0.5 3 0.5 1 1 5

[실시예 5]

수용성 아크릴수지 50g을 물 10g에 완전히 용해될 때까지 1 내지 2시간 동안 교반하여 용해시켰다. 여기에 카본블랙 10g, 인상흑연 6g, 인조흑연 8g, 분산제 3g을 혼합한 후 30분 정도 고르게 섞일 때까지 교반하였다. 그리고 나서 소포제 0.5g, 레벨링제 0.5g, 접착증진제 1g, 침강방지제 1g, 희석제를 혼합한 후 1시간 정도 충분히 교반하였다.

위의 혼합액을 밀링기에 투입하고 3회 반복 밀링작업을 하였다. 마지막으로 도포조건에 따라 희석제인 물 10g으로 유동성(점도)을 조정하였다

성분	함량(g)
물 40% 수용성 아크릴 수지 카본블랙 인상흑연 인조흑연 소포제 분산제 레벨링제 접착증진제 침강방지제 물	10 50 10 6 8 0.5 3 0.5 1 1 10

[실시예 6]

수용성 아크릴수지 50g을 물 10g에 완전히 용해될 때까지 1 내지 2시간 동안 교반하여 용해시켰다. 여기에 카본블랙 6g, 인상흑연 10g, 인조흑연 8g, 분산제 3g을 혼합한 후 30분 정도 고르게 섞일 때까지 교반하였다. 그리고 나서 소포제 0.5g, 레벨링제 0.5g, 접착증진제 1g, 침강방지제 1g, 희석제를 혼합한 후 1시간 정도 충분히 교반하였다.

위의 혼합액을 밀링기에 투입하고 3회 반복 밀링작업을 하였다. 마지막으로 도포조건에 따라 희석제인 물 10g으로 유동성(점도)을 조정하였다.

성분	함량(g)
물 40% 수용성 아크릴 수지 카본블랙 인상흑연 인조흑연 소포제 분산제 레벨링제 접착증진제 침강방지제 물	10 50 6 10 8 0.5 3 0.5 1 1 10

[실험예]

실시예 1 내지 6까지 제조한 카본 페이스트의 일반적인 물성치를 표 7에 나타냈고, PET 필름 재질의 면상 발멸체 제조후의 물성치는 표 8에 나타냈다.

시험항목	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
면적저항(Ω)	240	220	230	300	200	280
점도(cps)	3000	2700	2500	3300	4000	2200
부착성	우수	보통	나쁨	우수	나쁨	우수

표 7에서 알 수 있듯이 수용성 아크릴수지의 양이 증가 할수록 부착성은 증가하나 아크릴수지가 부도체인 관계로 저항은 높아지는 것을 알 수 있으며, 아크릴수지의 양이 동일할 경우에는 전도성 카본 블랙 함량이 높아지면 저항은 낮아지나 흡유량이 높아짐에 따라 점도가 높아지며 부착도 비례해서 나빠짐을 알 수 있다.

Claims (7)

1. 흑연, 전도성 카본블랙, 수용성 아크릴수지, 및 유동성 조절제를 포함하고,
   상기 흑연은 15~17 중량%이며, 상기 전도성 카본블랙은 8~10 중량%이고, 상기 수용성 아크릴수지 53~55 중량%이며, 상기 유동성 조절제는 18~20 중량%이고,
   상기 수용성 아크릴수지는 60 중량%의 용제와 40 중량%의 아크릴고형분으로 이루어지며, 상기 용제는 물과 알코올이 혼합된 것이고,
   상기 수용성 아크릴수지는 100℃온도에서 액화되는 수용성 아크릴 수지이며, 수용성 아크릴수지의 액화에 의해 과열을 방지하는 셀프 스위치 역할을 하고,
   상기 유동성 조절제는 물인 것을 특징으로 하는 면상발열체용 전도 코팅조성물.
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