KR101501492B1 - 나노-개질된 와이어 에나멜 및 이의 에나멜처리된 와이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리아미드이미드 및/또는 폴리우레탄 수지를 기재로 하는 나노-개질된 와이어 에나멜에 관한 것으로, 상기 와이어 에나멜은 하나 또는 그 초과의 상기 수지를 결합제, 나노물질, 유기 용매, 촉매 및 첨가제로 함유한다. 이러한 에나멜로 코팅된 와이어는 경화 후 개선된 열 특성 및 기계적 특성을 나타낸다.

Description

나노-개질된 와이어 에나멜 및 이의 에나멜처리된 와이어{NANO-MODIFIED WIRE ENAMELS AND ENAMELLED WIRES THEREOF}
본 발명은, 나노물질을 첨가하는 것을 포함하는, 절연된 자석 와이어 분야에 공지되어 있고 일반적인 종류의 조성물, 바람직하게는 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리아미드이미드 및/또는 폴리우레탄 기재의 나노-개질된 와이어 에나멜의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 에나멜로부터 개선된 열 및 기계적 특성을 보이는 자석 와이어가 생산되고 있다.
전기 및 전자 장치에 사용된 에나멜처리된 와이어에는, 자기장을 발생하는 전류로부터 기인하는 줄 효과(Joule effect)에 의해 생산된 열로 인해 고온이 가해진다. 열화 및 변형을 방지하기 위해서, 에나멜처리된 와이어는 내열성이어야 한다. 또한, 기계장치 크기의 연속적인 감소로 인해서, 전기 자동차 부분 중 특정 모터 또는 코일이 수행해야 하는 바람직하지 않은 조건, 예컨대 고온 상태 또는 대량 과전류 흐름이, 개선된 내열성을 갖는 와이어에 대한 요구를 증가시키고 있다.
당해 기술에서는 우수한 열 특성을 갖는 폴리이미드 코팅된 와이어가 사용되고 있으며; 폴리이미드는 예를 들어 GB 898651, US 3,207,728, EP 0 274 602 및 EP 0 274 121호에 공지되고 기술되어 있다.
우수한 열적 특성을 갖는 와이어를 기술하고 있는 무기 개질된 폴리이미드가 또한 공지되어 있다(JP 2001351440, JP 2002304915). 그러나, 폴리이미드 절연된 와이어는 하기의 여러 단점들을 갖는다: 이들은 다른 종류(예를 들어, PVF 또는 나일론 코팅된 와이어)만큼 내마모성을 지니지 않고, 수분을 함유하는 밀봉된 시스템에서 가수분해되는 경향이 강하며, 권취시 응력을 완화시키지 않으면 용매를 과열(solvent craze)시킬 것이며(예를 들어, 열 처리에 의해), 벗기기가 매우 어려워 고도의 마모성을 갖는 스트리퍼(stripper)를 필요로 하고, 고체 함량 범위에 대한 것과 같은 이들의 이용율이 매우 제한되어 있다(다른 에나멜 유형에 비해 매우 낮음).
우수한 내열성을 갖는 다른 코팅은 무기 코팅을 기반으로 한 것이다(JP 2006143543, JP 2003123551, US 20060128548). 상기 물질은 특수한 용도를 필요로 하며, 무기 부분의 연속적인 마모 작용이 가해지는 코팅 장치의 수명을 감소시킨다는 단점을 갖는다. 또한 와이어 코팅은, 와이어에 압축력, 신장력 및 마찰력과 같은 기계적 응력이 가해지는 코일 조작 중에 손상될 수 있다. 더욱이, 세라믹 에나멜은 열 주기 동안에 균열되는 경향이 강하며, 전도체를 박리시킨다.
본 발명의 과제는 개선된 열 특성을 갖는 와이어 에나멜 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이고, 표준 에나멜에 비해 개선된 기계적 특성 및 특히 열 특성을 나타내는, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리우레탄 및 폴리아미드이미드와 같은 개질된 종래 에나멜로 코팅된 에나멜처리된 와이어를 제공하는 것이다. 본 발명의 와이어 에나멜은 표준과 다른 특별한 적용 조건을 요하지 않아야 하며, 일반적인 에나멜처리에 대해 에나멜처리 기계 상에서의 유지보수 조작이 증가되었음을 의미하지 않아야 한다.
본 발명의 과제는, 나노물질이 와이어 에나멜의 적용 전에 와이어 에나멜 조성물의 중합체 베이스에 첨가되는, 개선된 열 특성을 갖는 와이어 에나멜 조성물의 제조 방법, 생성되는 와이어 에나멜, 및 와이어 에나멜의 열 특성을 개선시키기 위해 와이어 에나멜에 사용되는 나노물질의 용도에 의해 해결된다.
하기에서 본 발명을 상세하게 설명할 것이다.
폴리에스테르 와이어 에나멜은, 크레실 용매(cresylic solvent)에 용해된, 방향족 및/또는 지방족 다가 카르복실산 및 이의 무수물, 방향족 및/또는 지방족 다가 알콜 및/또는 트리스-(2-히드록시에틸) 이소시아누레이트(THEIC)의 축합 생성물을 함유한다. 또한, 이들 와이어 에나멜은 일반적으로 용매 나프타 및 하나 또는 그 초과의 가교용 촉매를 함유한다; 상세 사항에 대해서는 US 3,342,780, US 3,249,578, EP 0 144 281 및 WO 92/02776을 참고하길 바란다. 이들은 당업자에게 공지된 상업적인 제품들이다. 일반적으로 폴리에스테르 와이어 에나멜은 이중 코트 시스템에서 폴리아미드이미드 오버코트(overcoat) 아래의 베이스코트로서 사용된다.
폴리에스테르이미드 와이어 에나멜은 대개 크레실 산과 용매 나프타의 혼합물 중에 용해된 폴리에스테르이미드 수지를 함유한다. 더욱이, 이들 와이어 에나멜은 경화용 촉매 및 첨가제를 함유한다. 폴리에스테르이미드 수지는 방향족 및/또는 지방족 다가 카르복실산 및 이의 무수물, 트리멜리트산 무수물(TMA)과 방향족 또는 지방족 디아민(디아미노디페닐 메탄이 바람직함)의 반응 생성물로 생성되는 디카르복실산, 방향족 및/또는 지방족 다가 알콜 및/또는 트리스-(2-히드록시에틸)이소시아누레이트(THEIC)의 축합 생성물이다. 상세 사항은 DE 14 45 263, DE 14 95 100, WO 91/07469, WO 90/01911와 같은 특허 명세서에서 확인될 수 있으며, 상기 특허 명세서는 당해 기술의 상태를 제공한다.
폴리우레탄 와이어 에나멜은 대개 폴리에스테르폴리올 수지 및 블로킹된 폴리이소시아네이트를 함유한다. 이들은 일반적으로 크레실 산과 용매 나프타의 혼합물에 용해된다. 경화용 촉매는 일반적으로 3차 아민, 주석, 아연, 철 및 다른 금속의 유기 염이다. 폴리에스테르는 일반적으로 방향족 및/또는 지방족 다가 카르복실산 및 이의 무수물, 방향족 및/또는 지방족 다가 알콜의 축합 생성물이다. 일부 폴리우레탄에서, 와이어 에나멜 폴리에스테르이미드가 폴리에스테르 대신에 사용된다. 블로킹된 폴리이소시아네이트는 방향족 디- 또는 폴리이소시아네이트와 크레실 산 또는 페놀의 반응 생성물이다. 상세 사항은 DE 144749, DE-957157, DE 28 40 352, DE 25 45 912 및 WO 90/01911와 같은 특허 명세서에서 확인할 수 있다.
폴리에스테르, 폴리에스테르이미드 및 폴리우레탄은, 1 내지 90% 크레솔, 1 내지 99% 크실레놀, 1 내지 99% 트리-메틸 페놀, 0 내지 30% 에틸 페놀, 0 내지 20% 아니솔 및 다른 저분자량의 알킬화된 페놀(2＜C＜5)의 페놀 혼합물인 크레실 산에 매우 양호하게 가용된다. 상기 크레실 산은 일반적으로 용매 나프타, 크실렌, 솔베쏘(Solvesso) 100, 솔베쏘 150 및 기타의 것과 같은 고비등점의 방향족 탄화수소와의 배합물 중에서 와이어 에나멜 용매로 사용된다. 때때로 고비등점의 알콜 또는 고비등점의 글리콜에테르 및 기타 것들과 같은 다른 용매가 또한 사용될 수도 있다.
폴리아미드이미드 와이어 에나멜은 극성의 비양성자성 유기 용매의 혼합물 중에 용해된 폴리아미드이미드 수지를 함유한다. 상기 수지는 트리카르복실산 무수물과 디이소시아네이트를 직접 반응시켜서 제조된다. 사용가능한 트리카르복실산 무수물로, 트리멜리트산 무수물(TMA)이 바람직하다. 사용가능한 이소시아네이트로서, 방향족 디이소시아네이트(예컨대 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 및 톨릴렌 디이소시아네이트)가 바람직하다. 용매로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N-에틸-2-피롤리돈(NEP), N,N'-디메틸아세토아미드, N,N'-디메틸포름아미드와 크실렌, 용매 나프타 및 다른 탄화수소가 사용된다. 당해 기술 상태는 US 3,554,984, DE 24 41 020, DE 25 56 523, DE 12 66 427 및 DE 19 56 512와 같은 특허 명세서에 기재되어 있다.
본 발명자에 의해, 와이어 에나멜의 적용 전에 와이어 에나멜 조성물의 중합체 베이스에 나노물질을 첨가함으로써 제조된 나노개질된 와이어 에나멜이, 개질되지 않은 에나멜에 비해 개선된 특성을 나타낸다는 것이 확인되었다. 특히, 그러한 에나멜은 종래 것에 비해 두드러진 기계적 특성 및 특히 열 특성을 나타내며, 관련된 무기 물질의 나노범위의 크기로 인해서 표준 조건보다 특별한 적용 조건을 요하지 않는다. 더욱이, 각 종류의 에나멜은, 개선되거나 변치않고 유지될 수 있는 이의 표준 특성을 열화시키지 않고 본 발명의 방법으로 기본적으로 나노개질될 수 있다.
나노물질은 일반적으로 평균 반경이 1 내지 수백 나노미터(nm)의 범위에 있는 무기 물질이다. 이 물질은 상업적인 공급처(데구사 아게(Degussa AG), 나노페이즈 테크놀로지스 코포레이션(Nanophase Technologies Corporation), 및 기타)로부터 입수가능하다. 다양한 플라스틱 물질 또는 필름 내로 배합된 나노물질은 스크래치 내성 및 막 경도와 같은 기계적 특성을 현저하게 개선시킨다[참조: Proceeding of "Nanocomposite 2001", Baltimore 2001; "Second annual Wood Coatings and Substrates Conference," Greensboro, 2006].
본 발명에 따른 방법에서 사용될 수 있는 나노입자는 평균 반경이 1 내지 300nm의 범위, 바람직하게는 2 내지 100nm의 범위, 특히 바람직하게는 5 내지 65nm의 범위에 있는 입자들이다. 바람직한 나노입자의 예로는 알루미늄, 주석, 보론, 게르마늄, 갈륨, 납, 전이 금속 및 란탄족 및 악티늄족의 나노-옥사이드, 나노-메탈옥사이드, 메탈옥사이드, 또는 수화된 옥사이드가 있으며, 특히 분산상에서 나노크기화되고 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있는 알루미늄, 실리콘, 티타늄, 아연, 이트륨, 바나듐, 지르코늄 및/또는 니켈, 바람직하게는 알루미늄, 실리콘, 티타늄 및/또는 지르코늄을 포함하는 시리즈의 나노-옥사이드, 나노-메탈옥사이드, 메탈옥사이드, 또는 수화된 옥사이드가 있다. 나노메탈옥사이드 중에서, 나노알루미나가 가장 바람직하다. 나노알루미나의 예로는 하기 것들이 있다: 비와이 케미 게엠베하(BYK Chemie GmbH)로부터 판매되는 BYK®-LP X 20693 및 NanoBYK 3610; 니콜 나노 테크놀로지스, 인코포레이티드(Nycol Nano Technologies, Inc.)에 의해 판매되는 니콜 AI20OSD; 사솔 저머니 게엠베하(Sasol Germany GmbH)에 의해 판매되는 디스팔(Dispal) X-25 SR 및 SRL, 디스퍼랄(Disperal) P2, P3, OS1 및 OS2. 나노알루미나 중에서, 극성 용매 중에 미리 분산시킨 알루미늄 옥사이드의 세라믹 입자, 예컨대 비와이케이-케미 게엠베하에 의해 판매되는 BYK®-LP X 20693 및 NanoBYK 3610가 바람직하다.
본 발명의 바람직한 하나의 구체예에서, 나노입자가 결합제(coupling agent)와 함께 사용될 수 있다.
결합제로, 임의의 일반적으로 공지된 작용성 알콕시- 또는 아릴옥시-실란이 사용될 수 있다. 작용성 실란 중에서, (이소시아네이토알킬)-트리알콕시 실란, (아미노알킬)-트리알콕시 실란, (트리알콕시실릴)-알킬 무수물, 올리고메릭 디아미노-실란-시스템이 바람직하다. 작용성 실란의 알킬 라디칼 및 알콕시 기는 1 내지 6개의 탄소 원자 및 더욱 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는다. 상기 언급된 알킬 및 알콕시 기는 그 위에 치환기를 추가로 가질 수 있다. 결합제로 티타네이트 및/또는 지르코네이트가 또한 유용하다. 임의의 오르쏘-티타닉 또는 지르코닉 산 에스테르, 예컨대 테트라이소프로필, 테트라부틸, 아세틸아세톤, 아세톤아세트산 에스테르, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 크레실 티타네이트 또는 지르코네이트가 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 방법은, 와이어 에나멜이
a) 10 내지 80중량%의 중합체 베이스,
b) 0.01 내지 50중량%의 나노물질,
c) 나머지 중량%의 용매, 경화용 촉매, 결합제 및 첨가제를 포함하고, 상기 퍼센트는 전체 와이어 에나멜을 기준으로 한 것이며 어느 경우에서든 총합이 100%임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 보다 바람직한 방법은, 와이어 에나멜이
a) 20 내지 70중량%의 중합체 베이스,
b) 0.2 내지 20중량%의 나노물질,
c) 나머지 중량%의 용매, 경화용 촉매, 결합제 및 첨가제를 포함하고, 상기 퍼센트는 전체 와이어 에나멜을 기준으로 한 것이며 어느 경우에서든 총합이 100%임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 보다 바람직한 방법은, 와이어 에나멜이
a) 25 내지 60중량%의 중합체 베이스,
b) 1.0 내지 10중량%의 나노물질,
c) 39 내지 74중량%의 용매, 경화용 촉매, 결합제 및 첨가제를 포함하고, 상기 퍼센트는 전체 와이어 에나멜을 기준으로 한 것이며 어느 경우에서든 총합이 100%임을 특징으로 한다.
나노-개질된 와이어 에나멜의 제조 방법은 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
나노입자를 다양한 온도에서 적합한 용매에 분산시킬 수 있다. 얻어진 분산액을 이후 와이어 에나멜에 첨가한다.
또한 나노물질을 용매 중에 분산시키고 분산액 중에서 수지 합성을 실시할 수도 있다.
중합체 용액 매트릭스 중에서 나노입자의 분산을 향상시키기 위해서, 결합제, 예컨대 작용성 실란, 티타네이트 또는 지르코네이트가 나노입자 분산액에 직접 첨가될 수 있고 여기서 혼합된 다음, 중합체 수지 용액으로 로딩되거나 중합체 용액에 직접 첨가된 다음 나노입자 분산액을 첨가할 수 있다. 택일적으로는 결합제가 유기 부분으로의 무기 부분의 연결을 향상시키기 위해서, 나노입자 분산액을 로딩하기 전에 중합체 용액에 혼합될 수 있다. 중합체 용액과 결합제의 혼합물은, 나노-금속 옥사이드 용액을 첨가하기 전에 실온에서 또는 비교적 낮은 온도에서 몇 시간 동안 교반될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같이 제조된 개시된 조성물을 이용함으로써 에나멜처리된 와이어를 제조하는 것에 관한 것이다.
본 발명에 따른 조성물의 코팅 및 경화는 종래의 사용에서보다 특별한 임의의 절차를 요하는 것은 아니다. 유형 및 직경이 비-개질된 관련된 에나멜에 대해 이용가능한 것들과 동일한, 0.005 내지 6mm 직경의 사용된 와이어가 코팅될 수 있다. 적합한 와이어에는 종래의 금속 와이어, 바람직하게는 구리, 알루미늄 또는 이의 합금 와이어가 포함된다. 와이어 형태에 대해서는 제한이 없지만, 특히 둥글고 직사각형의 와이어가 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물은 단일 코트, 이중 코트 또는 다중 층 코트로 적용될 수 있다. 이중 코트 또는 다중 층 코트로서, 나노-개질된 에나멜이 비개질된 에나멜과 함께 적용될 수 있다. 각 코팅에 대해 나노개질된 에나멜을 사용하는 것이 바람직하다.
조성물은 통상적인 층 두께로 적용될 수 있으며, 건조 층 두께는 얇은 와이어 및 두꺼운 와이어에 대해 표준화된 값에 따른다.
본 발명의 조성물은 와이어 상에 적용되어 수평형 또는 수직형 오븐 중에서 경화된다.
와이어는 연속하여 1 내지 수회로 코팅되고 경화될 수 있다. 경화 온도로서, 적합한 범위는 관련된 비-개질된 에나멜에 대해 사용된 통상적인 파라미터 및 코팅되는 와이어의 특성에 따라 300 내지 800℃로 가변될 수 있다. 에나멜처리 조건, 예컨대 통과 횟수, 에나멜처리 속도, 오븐 온도는 코팅되는 와이어의 특성에 의존한다.
제조된 에나멜처리된 와이어를 IEC 60851에 따라 시험하였다.
상기한 바와 같이 제조된 와이어 에나멜 제형은 와이어 상에서 코팅되고 경화되는 경우에 종래의 비-개질된 관련된 에나멜에 비해 더 높은 내열성을 나타냄이 확인되었다. 특히 증가된 내온성이 향상된 컷-쓰루 값(cut-through value)으로서 측정된다. 열 충격도 향상되는데, 이는 나노-개질된 에나멜처리된 와이어가 권취된 와이어를 분해시키지(cracking) 않고 결정된 시간 동안 더 높은 온도를 견딜 수 있게 한다. 또한, 본 발명에 따른 나노-개질된 에나멜로 얻은 코팅은 향상된 내마모성을 나타내며, 때때로 이들은 통상적인 코팅에 비해 향상된 가요성을 갖는다.
본 발명은 또한, 특히 상기 방법에 의해 제조된 와이어 에나멜과 함께, 와이어 에나멜의 열 특성을 개선시키기 위해 와이어 에나멜 중에 사용되는 나노물질의 용도를 포함한다.
이하에서 본 발명을 하기 실시예를 기초로 더욱 상세하게 설명할 것이지만, 본 발명은 이들 구체예에 제한되지 않는다.
선행 기술에 따른 와이어 코팅의 제조
실시예 1 (비교를 위한 폴리아미드이미드)
교반기, 냉각 튜브 및 염화칼슘 튜브를 구비한 부피 2L의 4구 플라스크에 192.1g의 트리멜리트산 무수물(TMA), 250.3g의 메틸렌 디페닐 4,4'-디이소시아네이트(MDI) 및 668g의 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 충전시켰다. 생성된 혼합물을 80℃에서 2시간 동안 반응시킨 다음, 140℃까지 가열시키고, 그 온도에서 이산화탄소가 추가로 형성되지 않을 때까지 교반 하에서 유지하였다. 이후, 반응 혼합물을 50℃로 냉각시키고, 257g의 크실렌을 반응 혼합물에 첨가하였다. 상기 절차에 따라서, 수지 농도가 33.0중량%이며 20℃에서의 점도가 900cPs인 폴리아미드이미드 수지 용액을 얻었다.
실시예 2 (비교를 위한 폴리에스테르)
온도계, 교반기 및 증류 유닛을 구비한 부피 2L의 3구 플라스크에 54g의 에틸렌 글리콜과 함께 179g의 트리스-(2-히드록시에틸)이소시아누레이트(THEIC), 177g의 디메틸 테레프탈레이트(DMT) 및 0.33g의 오르쏘-티탄산 테트라부틸에스테르(테트라부틸 티타네이트)를 충전시켰다. 이 혼합물을 210℃까지 가열시키고, 55g의 메탄올이 증류로 제거될 때까지 교반 하에서 유지하였다. 이후, 생성된 폴리에스테르를 냉각시키고, 13g의 테트라부틸 티타네이트, 및 충분량의 80중량부 크레실 산과 20중량부 용매 나프타의 혼합물로 제형화하여 고형물 함량이 37.0중량%인 용액을 형성시켰다.
실시예 3 (비교를 위한 폴리에스테르이미드)
온도계, 교반기 및 증류 유닛을 구비한 부피 2L의 3구 플라스크에 300g의 크레실 산과 함께 62.0g의 에틸렌 글리콜, 261.1g의 THEIC, 194.2g의 DMT 및 0.35g의 테트라부틸 티타네이트를 충전시켰다. 이 혼합물을 200℃로 가열시키고, 60g의 메탄올이 증류로 제거될 때까지 교반 하에서 유지하였다. 140℃로 냉각시킨 후에, 192.1g의 TMA 및 99.0g의 DADM을 첨가하였다. 이후, 용액을 2시간 이내에 205℃까지 가열시키고, 33g의 물이 증류되어 제거될 때까지 교반하에서 유지하였다. 이 후, 생성되는 고분자 혼합물을 냉각시키고, 교반 하에 23g의 테트라부틸 티타네이트 및 110g의 상업적으로 입수가능한 페놀 수지로 제형화하였다. 이 용액을 충분량의 70중량부 크레실 산과 30중량부 용매 나프타의 혼합물로 추가로 희석시켜 고형물 함량이 37.0중량%인 와이어 에나멜을 형성시켰다.
실시예 4 (비교를 위한 폴리우레탄)
폴리에스테르폴리올의 제조:
온도계, 교반기 및 증류 유닛을 구비한 부피 2L의 3구 플라스크에 194.1g의 DMT, 170.0g의 에틸렌 글리콜, 92.1g의 글리세린 및 0.06g의 납 아세테이트를 충전시켰다. 혼합물을 220℃로 가열시키고, 64g의 메탄올이 증류로 제거될 때까지 몇시간 동안 교반 하에서 유지하였다. 이후, 충분한 크레실 산을 고온 수지에 첨가하여 고형물 함량이 44.8중량%인 폴리에스테르폴리올 용액을 형성시켰다.
블로킹된 폴리이소시아네이트의 제조:
교반기, 냉각 튜브 및 염화칼슘 튜브를 구비한 부피 2L의 4구 플라스크에 150g의 페놀, 150g의 크실레놀, 174g의 상업적으로 입수가능한 톨루엔디이소시아네이트(TDI) 및 44.7g의 트리메틸올 프로판(TMP)를 충전시켰다. 이 혼합물을 교반 하에 120℃로 가열시키고, 반응 혼합물로부터 이소시아네이트가 제거될 때까지 그 온도에서 유지하였다. 이후, 120g의 용매 나프타를 냉각 하에 혼합물에 첨가하였다. 상기 과정에 따라, 수지 농도가 46.5%인 이소시아네이트 기재의 수지 용액을 얻었다.
폴리우레탄 와이어 에나멜의 제조:
교반기를 구비한 부피 2L의 2구 플라스크에, 제조된 30중량부 폴리에스테르폴리올 수지, 및 제조된 70중량부 폴리이소시아네이트 기재의 수지를 충전시켰다. 이 혼합물에, 충분량의, 40중량부 페놀, 20중량부 크실레놀, 20중량부의 크실렌 및 20중량부의 용매 나프타의 용매 배합물을 첨가하였다. 얻어진 폴리우레탄 와이어 에나멜은 33.0중량%의 고형물 함량을 지니고 있었다.
본 발명에 따른 와이어 코팅의 제조
실시예 1a (나노-개질된 폴리아미드이미드의 제조)
교반기, 냉각 튜브 및 염화칼슘 튜브를 구비한 부피 2L의 4구 플라스크에 33.0g의 BYK-LP X 20693 및 77.0g의 N-메틸 피롤리돈(NMP)을 충전시켰다. 이후, 이 혼합물을 40℃에서 2시간 동안 교반한 다음, 33질량%의 농도를 갖는 실시예 1의 폴리아미드이미드 수지의 용액 1000g을 상기 용기에 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 몇시간 동안 교반시켰다; 이후 용액을 여과하여 임의의 고형 불순물을 제거하고, 고형물 함량이 32.2질량%인 나노-개질된 폴리아미드이미드를 얻었다. 이 경우에 알루미나(Al2O3)의 함량은 5질량%였다.
실시예 1b (나노-개질된 폴리아미드이미드의 제조)
실시예 1a에 기재된 바와 같이, 실시예 1b를 NANOBYK 3610(BYK 케미 제품)을 이용하여 제조하여 고형물 함량이 32.3질량%인 나노-개질된 폴리아미드이미드를 얻었다. 이 경우에 알루미나(Al2O3)의 함량은 5질량%였다.
실시예 1c (나노-개질된 폴리아미드이미드의 제조)
실시예 1a에 기재된 바와 같이, 실시예 1c를 디스퍼랄 P2(사솔 제품)을 이용하여 제조하여 고형물 함량이 32.4질량%인 나노-개질된 폴리아미드이미드를 얻었다. 이 경우에 알루미나(Al2O3)의 함량은 5질량%였다.
실시예 1d (나노-개질된 폴리아미드이미드의 제조)
실시예 1a에 기재된 바와 같이, 실시예 1d를 니콜 AL20SD (니콜 제품)를 이용하여 제조하여 고형물 함량이 32.4질량%인 나노-개질된 폴리아미드이미드를 얻었다. 이 경우에 알루미나(Al2O3)의 함량은 5질량%였다.
에나멜처리 및 시험:
맨 와이어(bare wire)의 두께가 0.71mm인 구리 와이어를 절연된 와이어에 대한 전도체로 사용하였다. 에나멜을 코팅시키고, 32m/min의 에나멜처리 속도에서 520℃의 온도에서 공기-순환형 에나멜처리기 MAG HEL 4/5 중에서 14회 베이킹하였다; 다이를 적용 시스템으로 사용하였다. 생성되는 층 두께는 0.070mm였다.
표 1: 상이한 나노입자를 사용하여 나노-개질된 폴리아미드이미드로부터의 시험 결과
Figure 112009069773274-pct00001
표 1로부터, 나노개질된 생성물이 비교예보다 더 높은 컷-쓰루를 지님을 확인할 수 있다. 또한 더 높은 내마모성이 얻어졌다. 실시예 1a로부터의 에나멜은 240℃에서 열 충격 시험을 충분히 통과하였다(3개로부터의 3개의 견본).
실시예 1e (나노-개질된 폴리아미드이미드의 제조)
실시예 1a에 기재된 바와 같이, 얻어진 나노-개질된 폴리아미드이미드의 고형물 함량이 32.8질량%이고 알루미나(Al2O3) 함량이 2질량%이게 하는 양으로 BYK-LP X 20693을 사용함으로써 실시예 1e를 제조하였다.
실시예 1f (나노-개질된 폴리아미드이미드의 제조)
실시예 1a에 기재된 바와 같이, 얻어진 나노-개질된 폴리아미드이미드의 고형물 함량이 32.1질량%이고 알루미나(Al2O3) 함량이 7.5질량%이게 하는 양으로 BYK-LP X20693을 사용함으로써 실시예 1f를 제조하였다.
실시예 1g (나노-개질된 폴리아미드이미드의 제조)
실시예 1a에 기재된 바와 같이, 얻어진 나노-개질된 폴리아미드이미드의 고형물 함량이 31.8질량%이고 알루미나(Al2O3) 함량이 10질량%이게 하는 양으로 BYK-LP X20693을 사용함으로써 실시예 1g를 제조하였다.
표 2: 다양한 양의 나노입자를 사용하여 나노-개질된 폴리아미드이미드로부터의 시험 결과
Figure 112009069773274-pct00002
상기 표 2로부터, 시험된 시스템에서 최적량의 나노입자는 7.5%임을 확인할 수 있다. 실시예 1f의 생성물은 매우 높은 컷-쓰루, 개선된 내마모성 및 열 충격을 나타냈다.
실시예 1h (나노-개질된 폴리아미드이미드의 제조)
실시예 1a에 기재된 바와 같이, BYK-LP X 20693 및 (3-아미노프로필)-트리에 톡시 실란을 이용하여 실시예 1h를 제조하였다. 실란을 NMP 중의 40℃에서 4시간 동안 나노알루미나와 함께 미리 혼합시켰다. 나노-개질된 폴리아미드이미드는 33.0질량%의 고형물 함량, 7.5질량%의 알루미나(Al2O3) 함량, 및 0.5질량%의 실란 함량을 지녔다.
표 3: 결합제의 영향을 보여주는 나노-개질된 폴리아미드이미드로부터의 시험 결과
Figure 112009069773274-pct00003
표 3은 결합제의 사용이 특성, 특히 컷-쓰루 및 탄젠트 델타를 추가로 개선시켰음을 보여준다.
실시예 2a (나노-개질된 폴리에스테르의 제조)
온도계, 교반기 및 증류 유닛이 구비된 부피 2L의 3구 플라스크에 37.0g의 BYK-LP X 20693, 1.85g의 (3-아미노프로필)-트리에톡시 실란 및 172.6g의 크레실 산을 충전시켰다. 이후, 상기 혼합물을 40℃에서 4시간 동안 교반한 다음, 1000g의 실시예 2의 폴리에스테르 수지의 용액을 첨가하였다. 이후, 혼합물을 40℃에서 2시간 동안 교반시켜, 고형물 함량이 36.7질량%인 나노-개질된 폴리에스테르를 얻었다. 이 경우 실란 함량은 0.5질량%였고 나노알루미나 함량은 5질량%였다.
실시예 3a (나노-개질된 폴리에스테르이미드의 제조)
온도계, 교반기 및 증류 유닛이 구비된 부피 2L의 3구 플라스크에 37.0g의 BYK-LP X 20693, 1.85g의 (3-아미노프로필)-트리에톡시 실란 및 172.6g의 크레실 산을 충전시켰다. 이후, 상기 혼합물을 40℃에서 4시간 동안 교반한 다음, 1000g의 실시예 3의 폴리에스테르이미드 수지의 용액을 상기 플라스크에 첨가하였다. 이후, 혼합물을 40℃에서 2시간 동안 교반시켜, 고형물 함량이 36.8질량%인 나노-개질된 폴리에스테르이미드를 얻었다. 이 경우 실란 함량은 0.5질량%였고 나노알루미나 함량은 5질량%였다.
표 4: 나노-개질된 폴리에스테르 및 폴리에스테르이미드로부터의 시험 결과
Figure 112009069773274-pct00004
표 4는 나노개질된 생성물이 비교예보다 더 높은 컷-쓰루를 나타냄을 보여준다. 또한 더 높은 내마모성이 얻어졌다.
실시예 2b (나노-개질된 폴리에스테르의 제조)
실시예 2a에 기재된 것과 같이, 실시예 2b를 N-디메톡시(메틸)실릴메틸-O-메틸-카르바메이트를 0.5질량%로 사용함으로써 제조하였다. 에나멜처리 결과는 실시예 2a와 동일하였다.
표 5에서 시험된 에나멜처리된 와이어는 맨 와이어 두께가 0.71mm인 구리로 부터 제조된 것이었다. 상기 에나멜을 먼저 베이스코트(11층)로서의 폴리에스테르 또는 폴리에스테르이미드로, 그리고 3개 층의 폴리아미드이미드 탑 코트로 코팅하였다.
표 5: 이중 코팅된 와이어로부터의 시험 결과
Figure 112009069773274-pct00005
표 5는, 이중 코팅된 나노물질 개질된 시스템이 두 경우에서 개질되지 않은 생성물에 비해 우수하다는 것을 보여준다. 모든 경우에서 모든 특성이 향상되었다.
실시예 4a (나노-개질된 폴리우레탄의 제조)
온도계, 교반기 및 증류 유닛을 구비한 부피 2L의 3구 플라스크에 33.0g의 BYK-LP X 20693, 1.65g의 (3-아미노프로필)-트리에톡시 실란 및 154g의 크레실 산을 충전시켰다. 이후, 이 혼합물을 40℃에서 4시간 동안 교반한 다음, 1000g의 실시예 4의 폴리우레탄 수지의 용액을 상기 플라스크에 첨가하였다. 이후, 혼합물을 40℃에서 2시간 동안 교반하여 고형물 함량이 33.3질량%인 나노-개질된 폴리우레탄을 얻었다. 이 경우에, 실란의 함량은 0.5질량%였고 나노알루미나의 함량은 5질량%였다.
실시예 4b (나노-개질된 폴리우레탄의 제조)
실시에 4a에 기재된 것과 같이, 얻어진 나노-개질된 폴리우레탄의 고형물 함량이 33.3질량%이고 알루미나(Al2O3) 함량이 2질량%이며 실란 함량이 0.2질량%이게 하는 양으로 BYK-LP X 20693 및 (3-아미노프로필)-트리에톡시 실란을 사용함으로써 실시예 4b를 제조하였다.
실시예 4c (나노-개질된 폴리우레탄의 제조)
실시에 4a에 기재된 것과 같이, 얻어진 나노-개질된 폴리우레탄의 고형물 함량이 33.3질량%이고 알루미나(Al2O3) 함량이 1질량%이며 실란 함량이 0.1질량%이게 하는 양으로 BYK-LP X 20693 및 (3-아미노프로필)-트리에톡시 실란을 사용함으로써 실시예 4c를 제조하였다.
표 6: 나노개질된 폴리우레탄 와이어 에나멜로부터의 시험 결과
Figure 112009069773274-pct00006
표 6은, 폴리우레탄 코팅된 구리 와이어(직경 0.71mm)의 남땜성(solderability)에 영향을 미치지 않고 컷-쓰루를 현저하게 증가시키는 나노입자의 최적 함량이 2%임을 보여준다. 열 충격 또한 상당히 개선되었다.

Claims (12)

  1. 와이어 에나멜 및 하나 이상의 나노물질을 제공하는 단계, 및
    하나 이상의 나노물질을 와이어 에나멜 내로 첨가하는 단계를 포함하는 단일 코트 와이어 에나멜의 열 특성을 개선시키는 방법으로서,
    와이어 에나멜의 중합체 베이스가 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리우레탄 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하고,
    나노물질이 알루미늄, 주석, 보론, 게르마늄, 갈륨, 납, 전이 금속, 란탄족, 악티늄족 및 이들의 혼합물의 나노-옥사이드 또는 수화된 옥사이드로 구성되는 군으로부터 선택되거나,
    나노물질이 알루미늄, 실리콘, 티타늄, 아연, 이트륨, 바나듐, 지르코늄, 니켈 및 이들의 혼합물의 나노-옥사이드 또는 수화된 옥사이드로 구성되는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 나노물질이 나노알루미나의 군으로부터의 것임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 나노물질의 평균 반경이 1 내지 300nm의 범위 내임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 나노물질의 평균 반경이 2 내지 100nm의 범위 내임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 나노물질의 평균 반경이 5 내지 65nm의 범위 내임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 나노물질이 하나 또는 그 초과의 결합제(coupling agent)로 처리됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 결합제가 알콕시- 또는 아릴옥시-실란, (이소시아네이토알킬)-트리알콕시 실란, (아미노알킬)-트리알콕시 실란, (트리알콕시실릴)-알킬 무수물, 올리고메릭(oligomeric) 디아미노-실란, 티타네이트, 지르코네이트, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 와이어 에나멜이
    a) 10 내지 80중량%의 중합체 베이스,
    b) 0.01 내지 50중량%의 나노물질,
    c) 나머지 중량%의 용매, 경화용 촉매, 결합제 및 첨가제를 포함하며,
    상기 퍼센트는 전체 와이어 에나멜을 기준으로 한 것이고, 어느 경우에서든 이의 총합이 100%임을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 와이어 에나멜이
    a) 20 내지 70중량%의 중합체 베이스,
    b) 0.2 내지 20중량%의 나노물질,
    c) 나머지 중량%의 용매, 경화용 촉매, 결합제 및 첨가제를 포함하며,
    상기 퍼센트는 전체 와이어 에나멜을 기준으로 한 것이고, 어느 경우에서든 이의 총합이 100%임을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 와이어 에나멜이
    a) 25 내지 60중량%의 중합체 베이스,
    b) 1.0 내지 10중량%의 나노물질,
    c) 39 내지 74중량%의 용매, 경화용 촉매, 결합제 및 첨가제를 포함하며,
    상기 퍼센트는 전체 와이어 에나멜을 기준으로 한 것이고, 어느 경우에서든 이의 총합이 100%임을 특징으로 하는 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
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