KR101251091B1 - 발열도료 조성물, 발열층 형성 방법 및 자동차용 노브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 및 은 입자를 포함하는 발열도료 조성물, 상기 발열도료 조성물을 사용하여 발열층을 형성하는 방법 및 발열 코팅층을 포함하는 자동차용 노브에 관한 것이다. 본 발명의 발열도료 조성물은 복잡한 형상을 지닌 제품에도 도포될 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물로 형성된 발열층은, 포함되는 탄소나노튜브가 균일한 전기적 네트워크를 구현하여, 집열현상 없이 균일한 발열이 가능하다. 또한, 본 발명에서는, 필요에 따라서 탄소나노튜브 및 은 입자를 화학적으로 결합시켜, 저항계수를 최적화할 수 있고, 이에 따라 장기간에 걸친 일정적인 발열이 가능하며, 또한 발열 시에 승온 속도를 단축할 수 있다.

발열도료, 탄소나노튜브, 은 입자, 자동차용 노브

Description

발열도료 조성물, 발열층 형성 방법 및 자동차용 노브{Heated paint composition, method of forming the heated layer and automobile knob}

본 발명은 발열도료 조성물, 발열층의 형성 방법 및 발열 코팅층이 형성된 자동차용 노브에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향핸들이나 노브 등은 실내공간에 노출되어 있기 때문에, 그 표면은 실내온도와 같은 온도를 유지하게 된다. 그러므로, 겨울에는 외부 공기와 직접적인 접촉은 없더라도 노브 등은 아주 낮은 온도로 떨어지게 되고, 이에 따라 탑승 후 조작할 때 운전자는 손을 통해 냉기를 느끼게 된다.

통상적으로 차량에는 난방장치가 구비되어 있어 운전자가 공기조화장치를 가동시켜 실내온도를 조절하게 되면, 노브 표면의 온도도 실내온도를 따라 서서히 올라가게 된다.

그러나, 상기 공기조화장치는 냉각수의 열을 이용하여 난방에 필요한 더운 바람을 발생시키기 때문에, 소기의 목적에 맞는 온풍을 배출하기 위해서 엔진 냉각 수가 가열되어 적정온도까지 올라가는데 상당한 시간이 걸리게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근에는 열선을 사용한 시트를 사용하고 있다. 그러나 상기 시트는 노브 등의 복잡한 형상을 지닌 제품에는 적용하기 곤란하고, 열선의 단선 및 단락이 자주 일어나 지속적인 발열이 어려우며, 열선의 접촉면이 국부적이므로 노브의 온도가 균일하게 상승되지 않아 부분별로 온도 편차가 큰 문제점이 있다. 또한, 열선을 사용한 시트는 최대 온도까지의 승온시간이 길며, 온도를 조절하기 위한 수단이 별도로 설치되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 발열도료 조성물, 발열층 형성 방법 및 자동차용 노브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 탄소나노튜브 및 은 입자를 포함하는 발열도료 조성물을 제공한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명의 발열도료 조성물을 포함하는 코팅액을 피착체에 스프레이 도포하는 단계를 포함하는 발열층의 형성 방법을 제공한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 노브 연결부; 상기 노브 연결부의 외주면에 형성된 합성수지부; 및

상기 합성수지부의 외주면에 형성되고, 본 발명의 발열도료 조성물로 형성된 발열 코팅층을 포함하는 자동차용 노브를 제공한다.

본 발명에서는 탄소나노튜브 및 은 입자를 포함하는 발열도료 조성물을 직접 스프레이 도포하여 발열층을 형성할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 복잡한 형상을 지닌 제품에도 균일한 발열층을 형성할 수 있으며, 발열층 내에서 탄소나노튜 브가 균일한 전기적 네트워크를 구현하여 집열현상 없이 일정적인 발열이 가능하다. 또한, 본 발명에서는 온도제어가 용이하고, 장기간에 걸친 안정적인 사용이 가능하며, 승온시간을 단축할 수 있는 발열층을 형성할 수 있다.

본 발명은 탄소나노튜브 및 은 입자를 포함하는 발열도료 조성물에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 발열도료 조성물을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 발열도료 조성물은 탄소나노튜브를 포함한다.

본 발명에서 사용할 수 있는 탄소나노튜브의 종류는 제한되지 않으며, 예를 들면, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 형상, 직경 및 길이 등에 구애되지 않고, 모든 형태의 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.

본 발명의 발열도료 조성물에 포함되는 탄소나노튜브의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 은 입자의 함량에 대하여 10 중량부 내지 20 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 탄소나노튜브의 함량이 10 중량부 미만이면, 발열효과가 저하될 우려가 있으며, 20 중량부를 초과하면, 분산이 어렵고, 또한 코팅 표면 특성이 나빠질 우려가 있다.

본 발명에서 은(Ag) 입자는 탄소나노튜브와 탄소나노튜브 사이의 접촉저항을 줄여줌으로써, 전기전도도를 높이고, 목표하는 저항값으로 저항을 조정하는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 조성물에서 상기 은 입자는 산화 및/또는 치환 반응을 통하여 탄소나노튜브와 공유결합을 이루고 있는 것이 바람직 하다. 이와 같이, 은 입자가 탄소나토튜브와 공유결합을 형성하면, 탄소나노튜브 및 은 입자가 단순히 혼합되거나 또는 물리적 인력에 의해 은 입자가 탄소나노튜브에 흡착되는 경우에 비해 0에 근접하는 저항계수를 구현할 수 있고, 이에 따라 발열층의 지속적인 성능구현이 가능하다.

본 발명에서, 상기 은 입자의 평균 입경은 3 ㎛ 내지 7 ㎛의 범위에 있을 수 있다. 상기 은 입자의 평균 입경이 3 ㎛ 미만이면, 조성물 내에서 은 입자가 응집될 우려가 있으며, 7 ㎛를 초과하면, 분산도가 저하될 우려가 있다.

또한 본 발명에서 상기 은 입자의 함량은 탄소나노튜브의 함량에 대하여 30 중량부 내지 70 중량부일 수 있다. 상기 은 입자의 함량이 30 중량부 미만이면, 저항이 켜저 발열효과가 저하될 우려가 있으며, 70 중량부를 초과하면, 잔여 은 입자가 침전할 우려가 있다.

본 발명의 발열도료 조성물은 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 상기 바인더를 사용함으로써 탄소나노튜브 및 은 입자를 복합화할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 상기 바인더의 종류는 탄소나노튜브 및 은 입자를 복합화할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.

예를 들면, 상기 바인더로는 수용성 용매에 용해되는 폴리비닐알콜, 수분산성 폴리우레탄, 아크릴계 및 무수말레인산계 등의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용할 수 있으며, 유기용매에 용해되는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 나일론 수지, 폴리 우레탄, 폴리카보테이트, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아세테이트, 폴리메타크릴산 메틸 및 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene terpolymer) 등의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 바인더의 함량은 탄소나노튜브 100 중량부에 대하여, 50 중량부 내지 300 중량부의 양으로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 50 중량부 내지 150 중량부의 양으로 포함될 수 있다.

본 발명의 발열도료 조성물은 용매를 추가로 포함할 수 있으며, 이에 따라 조성물의 점도를 공정 조건 등을 고려하여 적절히 제어할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 용매는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 물, 에탄올, 메틸에틸케톤, 이소프로필알콜, 톨루엔, N-메틸피롤리돈, 에틸아세테이트 및 부틸셀루솔브 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 용매를 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 용매의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 탄소나노튜브 및 은 입자의 분산성 및 조성물의 점도 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다.

본 발명의 발열도료 조성물은 분산제 및 희석제를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 발열도료 조성물의 점도는 10,000 cps 내지 50,000 cps 일 수 있으며, 바람직하게는 10,000 cps 내지 30,000 cps 의 범위일 수 있다. 상기 범위의 점도에서 발열도료 조성물의 도포 등의 공정효율을 개선하고, 건조가 용이하게 일어나도록 할 수 있다.

본 발명은 또한 발열도료 조성물을 포함하는 코팅액을 피착체에 스프레이 도포하는 단계를 포함하는 발열층의 형성 방법에 관한 것이다.

본 발명의 발열도료 조성물을 포함하는 코팅액을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 (a) 탄소나노튜브 및 은 입자를 공유결합 시키는 단계; (b) 단계 (a)에서 공유결합된 탄소나노튜브 및 은 입자를 바인더 및 용매와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및

(c) 단계 (b)에서 제조된 혼합물의 점도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 단계 (a)에서 탄소나노튜브 및 은 입자를 공유결합시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 탄소나노튜브의 산처리 단계, 환원 처리(중화 처리) 단계 및 탄소나노튜브 및 은 입자의 반응 단계를 거쳐 공유결합을 형성시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 방법에서는 우선 탄소나노튜브를 적절한 산성 용액 내에 투입하여, 산처리 공정을 수행한다. 이 때, 사용될 수 있는 산성 용액의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 염산 수용액, 질산 수용액 또는 황산 수용액 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 산처리 공정을 거칠 경우, 탄소나노튜브에는 카복실기가 도입되고, 또한 산성화를 띄게 될 수 있다. 상기에서, 사용되는 산성 용액의 pH 등의 조건이나, 처리 온도 또는 처리 시간 등은 특별히 제한되지 않고, 사용되는 탄소나노튜브의 종류나 함량 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.

본 발명에서는, 상기 단계에 이어서, 탄소나노튜브의 환원 반응을 거칠 수 있다. 이와 같은 환원 반응을 거침으로써, 산처리에 의해 악화될 수 있는 탄소나 노튜브의 전기 전도성을 보상할 수 있다. 본 발명에서 상기와 같은 환원 반응을 진행하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기에서 산처리된 탄소나노튜브에 적절한 염기를 첨가하여 중화시키는 방식으로 수행할 수 있다. 이 때, 사용될 수 있는 염기의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 이 분야에서 공지되어 있는 일반적인 성분을 사용할 수 있다. 한편, 본 발명에서는, 상기 중화 처리에 의해 산처리된 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브를 포함하는 산성 용액의 pH를 6 이상, 바람직하게는 pH를 약 7로 조절할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 단계에 이어서, 필요할 경우, 중화된 용액 내의 탄소나노튜브를 여과하여 수득하는 공정을 거쳐, 상기 탄소나노튜브와 은 입자의 반응 공정을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 반응을 수행하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 탄소나노튜브와 은 입자를 적절한 용매 내에서 교반 처리함으로써, 수행할 수 있다. 이 때, 사용될 수 있는 용매의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 전술한 발열도료 조성물에 포함되는 용매와 동일한 용매를 사용할 수 있다. 또한, 상기에서 탄소나노튜브 및 은 입자의 반응 조건, 예를 들면 반응 시간 및 온도 등은, 탄소나노튜브 및 은 입자가 적절한 공유 결합을 형성할 수 있도록 제어되는 한, 특별히 제한되지 않는다.

또한, 단계 (c) 에서 점도의 조절은 희석제 등을 사용하여 조절할 수 있으며, 사용될 수 있는 희석제로는, 예를 들면, 전술한 발열도료 조성물에 포함되는 용매와 동일한 종류를 사용할 수 있다.

상기 코팅액을 피착체에 도포하는 방법은 공기압축기에 의한 스프레이 도포 를 이용한다. 여기서, 스프레이 도포는 당업계에서 일반적으로 사용하는 스프레이 도포 방법을 사용할 수 있다.

또한, 스프레이 도포 시 사용하는 스프레이 노즐의 구경 및 분사 압력은 특별히 제한되지 않으며, 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다.

상기 스프레이 도포 시 도포 횟수는 한정되지 않고, 1회 도포하거나 또는 필요에 따라서, 2회 이상 도포할 수 있다.

상기 피착체의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 발열도료 조성물을 포함하는 코팅액을 도포하여 발열현상을 필요로 하는 분야에 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 피착체는 예를 들면, 자동차용 조향 핸들, 시트, 노브 등일 수 있다.

본 발명의 발열층의 형성 방법은 도포된 코팅액을 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기와 같은 건조는, 예를 들면, 자연 건조 또는 열 건조 방식으로 수행할 수 있다.

본 발명에서는 건조는, 예를 들면, 90℃ 내지 150℃의 온도범위에서, 15 분 내지 30 분 동안 수행될 수 있다. 그러나, 건조 조건은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명에서는 도포된 코팅액의 두께를 고려하여 상기 조건을 적절히 제어할 수 있다.

본 발명은 또한 노브 연결부; 상기 노브 연결부의 외주면에 형성된 합성수지부; 및

상기 합성수지부의 외주면에 형성되고, 본 발명의 발열도료 조성물로 형성된 발열 코팅층을 포함하는 자동차용 노브에 관한 것이다.

본 발명의 자동차용 노브(100)는, 예를 들면, 첨부된 도 2 에 나타난 바와 같이 노브 연결부(110); 상기 노브 연결부의 외주면에 형성된 합성수지부(120); 및 상기 합성수지부의 외주면에 형성된 발열 코팅층(130)을 포함할 수 있다.

노브 연결부(110)는 도 2 에 나타난 바와 같이, 도 1 에 나타난 자동차용 노브(100)를 A-A'로 절단했을 때 중심부에 위치한다. 본 발명에서 노브 연결부의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않고, 일반적인 노브 연결부를 사용할 수 있다.

합성수지부(120)은 노브 연결부(110)의 외주면에 형성되며, 노브에 쿠션감을 제공해 준다. 상기 합성수지부(120)에 포함되는 합성수지의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에서 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있고, 구체적으로는, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer) 수지, 폴리우레탄 또는 발포 폴리프로필렌을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 합성수지부(120)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 적용되는 용도에 따라 적절히 선택할 수 있다.

발열 코팅층(130)은 합성수지부(120)의 외주면에 형성된다. 자동차용 노브(100)에 상기 발열 코팅층(130)이 형성됨으로써, 운전자는 노브를 잡고 조작할 경우 온기를 느끼게 된다.

상기 발열 코팅층(130)은 예를 들면, 본 발명의 조성물을 전술한 바와 같이 코팅 및 건조하여 형성할 수 있다.

본 발명에서 발열 코팅층(130)의 두께는 10 mm 내지 30 mm 일 수 있다 본 발명의 발열도료가 노브에 적용될 경우, 그 두께는 상기 범위로 제어함으로써 저항값 및 발열 성능 등을 우수하게 유지할 수 있다.

상기 발열 코팅층(130)은 발열 코팅층(130)에 연결된 전극(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 발열 코팅층(130)과 전극은 전선으로 연결되어 있어서 전기가 발열 코팅층(130)으로 공급되면 발열 코팅층(130) 내의 도전성 입자(탄소나노튜브 및 은)를 통해 전류가 흐르게 되면서, 발열이 일어날 수 있다.

특히, 탄소나나노튜브는 입자들이 붙어있지 않고 어느 정도 이격 거리가 있어도 전기가 통하는 전기적 네트 워크를 구현할 수 있으므로, 적은 함량의 사용이 가능하고, 특정 부위에 탄소나노튜브가 뭉칠 가능성이 적으므로 집열현상이 없는 균일한 발열 분포를 보이게 된다.

본 발명의 자동차용 노브(100)는 도 3 에 나타난 바와 같이, 상기 발열 코팅층(130)의 외주면에 형성된 커버층(140)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 커버층(140)은 발열 코팅층(130)에서 흐르는 전기로부터 운전자를 보호하거나, 심미감을 주기 위해 사용될 수 있다.

본 발명에서 상기 커버층(140)은 목재, 목재 무늬 층 또는 가죽으로 형성될 수 있다.

본 발명에서 커버층(140)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 사용하는 용도에 따라 적절히 선택할 수 있다.

또한, 본 발명의 자동차용 노브(100)는 도 4 에 나타난 바와 같이, 상기 커 버층(140)의 외주면에 형성된 표면 코팅층(150)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 표면 코팅층(150)은 노브의 손상을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 커버층이 목재 또는 목재 무늬 층으로 형성될 경우 외부의 충격에 의해 스크레치가 가는 등의 손상이 쉽게 일어나므로 상기 표면 코팅층(150)을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 표면 보호층은 표면 코팅층의 내주면에 형성되는 커버층의 형상이 외부로 용이하게 보이도록 하는 투명 재질로 형성한다면 특별히 한정되지 않으며, 예들 들면, 불소수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 및 그 밖의 투명화한 합성수지의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용하거나, 또한 유기 실리콘 화합물 및 산화티탄을 포함하는 코팅 필름을 사용할 수 있다.

상기 표면 코팅층의 두께는 특별히 한정되지 않고, 사용되는 용도에 따라 적절히 선택할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명에 따른 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

탄소나노튜브 100 중량부에 대하여 은 입자 500 중량부가 공유결합된 탄소나노튜브-은 입자 복합체를 아크릴계 바인더 100 중량부 및 용매 300 중량부에 분산 시켜 발열도료 조성물을 제조하였다. 이어서, 외주면에 폴리우레탄 계열의 합성수지부가 형성된 노브 연결부에 상기 제조된 발열도료 조성물을 스프레이 분사 및 건조하여 발열 코팅층을 형성하였다. 그 뒤, 상기 발열 코팅층의 외주면에 가죽을 감싸 노브를 제조하였다. 상기 노브의 저항을 통상적인 저항 측정 기기로 측정한 결과, 저항은 2 Ω 내지 3 Ω 이었다.

도 1 은 자동차용 노브를 나타낸다. .

도 2 는 본 발명에 따른 노브의 A-A’단면도를 나타낸다.

도 3 은 본 발명에 따른 다른 노브의 A-A’단면도를 나타낸다.

도 4 는 본 발명에 따른 또 다른 노브의 A-A’단면도를 나타낸다.

<도면 부호의 설명>

100: 자동차용 노브 110: 노브 연결부

120: 합성수지부 130: 발열 코팅층

140: 커버층 150: 표면 코팅층

Claims (15)

1. 탄소나노튜브 및 은 입자를 포함하고,

   상기 은 입자는 탄소나노튜브와 공유결합을 형성하고 있는 발열도료 조성물.
2. 탄소나노튜브; 은 입자; 및

   물, 에탄올, 메틸에틸케톤, 이소프로필알콜, 톨루엔, N-메틸피롤리돈, 에틸아세테이트 및 부틸셀루솔브로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 용매를 포함하는 발열도료 조성물.
3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 은 입자는 평균 입경이 3 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 발열도료 조성물.
4. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 은 입자를 탄소나노튜브 함량 대비 30 중량부 내지 70 중량부의 함량으로 포함하는 발열도료 조성물.
5. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 탄소나노튜브를 은 입자의 함량 대비 10 중량부 내지 20 중량부의 함량으로 포함하는 발열도료 조성물.
6. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 바인더를 추가로 포함하는 발열도료 조성물.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 따른 발열도료 조성물을 포함하는 코팅액을 피착체에 스프레이 도포하는 단계를 포함하는 발열층의 형성 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 도포된 코팅액을 건조하는 단계를 추가로 포함하는 발열층의 형성 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 건조를 90℃ 내지 150℃ 의 온도에서, 15 분 내지 30 분 동안 수행하는 발열층의 형성 방법.
12. 노브 연결부; 상기 노브 연결부의 외주면에 형성된 합성수지부; 및

    상기 합성수지부의 외주면에 형성되고, 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 따른 발열도료 조성물로 형성된 발열 코팅층을 포함하는 자동차용 노브.
13. 제 12 항에 있어서, 발열 코팅층 외주면에 형성된 커버층을 추가로 포함하는 자동차용 노브.
14. 제 13 항에 있어서, 커버층이 목재, 목재 무늬 층 또는 가죽인 자동차용 노브.
15. 제 13 항에 있어서, 커버층의 외주면에 형성된 표면 코팅층을 추가로 포함하는 자동차용 노브.

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