KR101534715B1 - 단열 코팅 조성물 및 단열 코팅층 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 수계 용매에 분산된 고분자 수지, 에어로겔 및 특정의 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물을 포함하는 단열 코팅 조성물 및 이로부터 얻어지는 단열 코팅층에 관한 것이다.

Description

단열 코팅 조성물 및 단열 코팅층{THERMAL INSULATION COATING COMPOSITION AND THERMAL INSULATION COATING LAYER}
본 발명은 단열 코팅 조성물 및 단열 코팅층에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 낮은 열전도도 및 낮은 밀도를 가지면서도 높은 기계적 물성과 내열성을 확보할 수 있고, 내연 기관에 적용되어 외부로 방출되는 열에너지를 저감하여 내연 기관의 효율 및 자동차의 연비를 향상시킬 수 있고, 내연 기관 및 이의 부품에 대하여 높은 접착력을 갖는 단열 코팅 조성물 및 단열 코팅층에 관한 것이다.
내연기관은 연료를 연소시켜서 생긴 연소가스 그 자체가 직접 피스톤 또는 터빈블레이드(깃) 등에 작용하여 연료가 가지고 있는 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 기관을 말한다. 실린더 내에서 연료와 공기와의 혼합기체에 점화하여 폭발시켜서 피스톤을 움직이는 왕복운동형 기관을 가리킬 때가 많으나, 가스터빈·제트기관·로켓 등도 내연기관이다.
내연기관을 사용하는 연료에 의해 가스기관, 가솔린기관, 석유기관, 디젤기관 등으로 분류된다. 석유·가스·가솔린 기관은 점화플러그(점화전)에 의해 전기불꽃으로 점화되고, 디젤기관은 연료를 고온 및 고압의 공기 속에 분사하여 자연발화시킨다. 피스톤의 행정·동작에 따라 4행정, 2행정 사이클 방식이 있다.
통상적으로 자동차의 내연 기관은 15% 내지 35% 내외의 열효율을 갖는 것으로 알려져 있는데, 이러한 내연 기관의 최대 효율에서도 내연 기관의 벽을 통하여 외부로 방출되는 열에너지와 배기 가스 등으로 인하여 전체 열에너지 중 약60% 이상이 소모되어 버린다.
이와 같이 내연 기관의 벽을 통하여 외부로 방출되는 열에너지의 양을 줄이면 내연 기관의 효율을 높일 수 있기 때문에, 내연 기관의 외부에 단열 재료를 설치하거나 내연 기관의 재질이나 구조의 일부를 변경하거나 내연 기관의 냉각 시스템을 개발하는 방법들이 사용되었다.
특히, 내연 기관 내에서 발생하는 열이 내연 기간의 벽을 타고 외부로 방출되는 것을 최소화하면 내연 기관의 효율 및 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는데, 반복적인 고온 및 고압의 조건 가해지는 내연 기관 내부에서 장시간 유지될 수 있는 단열 재료나 단열 구조 등에 관한 연구는 미미한 실정이다.
최근 단열재, 충격완충재 또는 방음재 등의 분야에서 에어로겔(aerogel 또는 에어겔(air-gel))을 사용하는 방법들이 소개되고 있다. 이러한 에어로겔은 머리카락의 1만 분의 1 굵기 정도의 미세사가 얽혀 이루어지는 구조를 가지며 90%이상의 기공율을 갖는 것을 특징으로 하며 주된 재질은 규소 산화물, 탄소 또는 유기 고분자이다. 특히, 에어로겔은 상술한 구조적인 특징으로 인하여 높은 투광성 및 극저의 열전도도를 갖는 극저밀도 재료이다.
다만, 에어로겔은 높은 취성으로 인하여 작은 충격에도 쉽게 부서지는 등 매우 취약한 강도를 보이며, 다양한 두께 및 형태로의 가공이 어렵기 때문에, 우수한 단열 특성에도 불구하고 단열재로의 응용에 일정한 한계가 있었으며, 에어로겔과 기타 반응물을 혼합할 경우 용매 또는 용질이 에어로겔의 내부로 침투하여 화합물의 점도가 높아져서 혼합이 불가능하게 되므로 다른 재료와의 복합화 또는 혼합 사용이 곤란하며 다공성의 에어로겔의 특성을 나타내지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 낮은 열전도도 및 낮은 밀도를 가지면서도 높은 기계적 물성과 내열성을 확보할 수 있고, 내연 기관에 적용되어 외부로 방출되는 열에너지를 저감하여 내연 기관의 효율 및 자동차의 연비를 향상시킬 수 있고, 내연 기관 및 이의 부품에 대하여 높은 접착력을 갖는 단열 코팅 조성물 및 단열 코팅층을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 수계 용매에 분산된 고분자 수지; 에어로겔; 및 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물;을 포함하는 단열 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 고분자 수지와 상기 고분자 수지에 각각 분산된 에어로겔 및 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물을 포함하는 단열 코팅층을 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현에 따른 단열 코팅 조성물 및 단열 코팅층에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 수계 용매에 분산된 고분자 수지; 에어로겔; 및 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물;을 포함하는 단열 코팅 조성물이 제공될 수 있다.
상술한 특정의 양친성 화합물을 사용하면, 상기 단열 코팅 조성물 내에서 상기 고분자 수지와 에어로겔의 상용성 및 분산성이 향상되어 최종 제조되는 단열 코팅막이 보다 균일한 물성을 가질 수 있고, 상기 고분자 수지에 상기 에어로겔이 균일하게 분산됨에 따라서 상기 단열 코팅 조성물로부터 형성되는 단열 코팅막이 보다 낮은 열전도도 및 열용량을 구현하여 보다 높은 단열 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 양친성 화합물에 포함되는 작용기로 인하여 상기 단열 코팅 조성물로부터 형성되는 단열 코팅막이 보다 높은 기계적 강도 및 내열성 등의 물성을 가질 수 있고, 내연 기관의 내벽이나 내연 기관의 부품의 외부면 등의 금속면에 대하여 보다 높은 접착력 또는 박리강도를 가질 수 있다.
상기 일 구현예의 단열 코팅 조성물은 반복적인 고온 및 고압의 조건 가해지는 내연 기관 내부에서 장시간 유지될 수 있는 단열 재료나 단열 구조 등을 제공할 수 있으며, 구체적으로 상기 일 구현예의 단열 코팅 조성물은 내연 기관의 내부면 또는 내연 기관의 부품의 코팅에 사용될 수 있다.
상기 일 구현예의 단열 코팅 조성물에 포함될 수 있는 고분자 수지는 최종 제조되는 단열 코팅층에서 요구되는 물성 등을 고려하여 선택할 수 있으며, 상기 고분자 수지의 구체적인 예로는 폴리이미드, 폴리이미드아미드, 실리콘수지, 폴리아미드, 폴리테트라 플루오로알킬렌, 폴리에틸렌니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리 (메타)아크릴레이트, 이들의 2종 이상의 혼합물, 또는 이들의 2종 이상의 공중합체를 들 수 있다.
상기 고분자 수지는 3,000 내지 300,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
상기 고분자 수지의 중량평균분자량이 너무 작으면, 상기 단열 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층, 코팅 필름 또는 코팅막의 기계적 물성이나 내열성 및 단열성이 충분히 확보되기 어려울 수 있으며, 상기 에어로겔 내부로 고분자 수지가 침투하기가 용이해질 수 있다. 또한, 상기 고분자 수지의 중량평균분자량이 너무 크면, 상기 단열 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층, 코팅 필름 또는 코팅막의 균일성 또는 균질성이 저하될 수 있으며, 상기 단열 코팅 조성물 내에서 에어로겔의 분산성이 떨어지거나 상기 단열 코팅 조성물을 도포시 도포 장치의 노즐 등을 막는 현상이 나타날 수 있으며, 상기 단열 코팅 조성물을 열처리하는 시간이 늘어나고 열처리 온도가 높아질 수 있다.
상기 에어로겔로는 이전에 알려진 통상적인 에어로겔을 사용할 수 있으며, 구체적으로 규소 산화물, 탄소, 폴리이미드, 금속 카바이드 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 포함하는 성분의 에어로겔을 사용할 수 있다.
상기 에어로겔은 100㎤/g 내지 1,000 ㎤/g, 또는 300㎤/g 내지 900 ㎤/g 의 비표면적을 가질 수 있다.
상기 양친성 화합물은 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양친성 화합물은 200 내지 5,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
상기 양친성 화합물에 포함되는 인산 작용기는 상기 구현예의 단열 코팅 조성물로부터 제조되는 단열 코팅막이 금속에 대하여 보다 높은 접착력 또는 박리 강도를 갖게 한다.
또한, 상기 양친성 화합물에 포함되는 반응성 작용기는 상기 양친성 화합물이 상기 고분자 수지와 결합하는 부분이 되며, 상기 반응성 작용기로 인하여 상기 구현예의 단열 코팅 조성물로부터 제조되는 단열 코팅막이 보다 높은 가교 밀도 등을 가져서 높은 기계적 강도 및 내열성을 확보할 수 있다.
상기 반응성 작용기는 열이나 빛에 가해지는 경우 중합 반응 또는 가교 반응이 일으키는 작용기를 의미하며, 상기 반응성 작용기의 구체적인 예로는 라디칼 반응을 할 수 있는 에틸렌(이중결합), 축합중합이 가능한 아민기, 수산화기, 카르복실기, 비닐기, (메타)아크릴레이트기, 에폭시기 및 아마이드기을 들 수 있다.
상기 작용기는 바인더로 사용될 수 있는 수지와 우선 공중합 또는 축합중합 하여 결합력을 높여 추후 에어로겔 분말과 혼합 시, 분말이 균일하게 혼합 될 뿐만 아니라 열처리 건조 시, 에어로겔 분말과 계면활성제의 상분리를 막아준다.
상기 양친성 화합물은 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기와 함께 전체 화합물의 분자량을 영향을 미치는 길이 조절부를 포함할 수 있다.
이러한 길이 조절부의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 지방족, 지환족 또는 방향족의 탄화수소일 수 있으며, 또는 에스테르류 화합물, 에테르류 화합물, 우레탄류 화합물, 아민류 화합물, (메타)아크릴레이트류 화합물 및 카보네이트류 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물로부터 유래한 2가 작용기일 수 있다.
구체적으로, 상기 양친성 화합물은 한쪽 말단에 카르복실기 또는 수산화기를 포함한 반응성 작용기가 치환되고, 다른 한쪽 말단에는 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기가 치환되고, 상기 반응성 작용기 및 상기 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기 사이에 탄소수 2 내지 30의 알킬렌기가 위치하는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 구현예의 단열 코팅 조성물은 최종 제조되는 단열 코팅막의 구체적인 물성이나 적용되는 내연 기관의 해당 부분 등에 따라서, 상기 수계 용매에 분산된 고분자 수지; 에어로겔; 및 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물 각각의 함량을 조절하여 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 단열 코팅 조성물은 수계 용매에 분산된 고분자 수지 15 내지 95중량%; 에어로겔 1 내지 60중량%; 및 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물0.1 내지 30중량%;를 포함할 수 있다.
상기 단열 코팅 조성물은 상기 고분자 수지 100중량부 대비 상기 에어로겔 5 내지 50중량부, 또는 10 내지 45중량부를 포함할 수 있다. 상기 고분자 수지 및 상기 에어로겔의 중량비는 상기 분산 용매를 제외한 고형분의 중량비이다.
상기 고분자 수지 수지 대비 상기 에어로겔의 함량이 너무 작으면, 상기 단열 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층, 코팅 필름 또는 코팅막의 열전도도 및 밀도를 낮추기 어려울 수 있으며, 충분한 단열성을 확보하기 어려울 수 있고, 상기 단열 코팅 조성물로부터 제조되는 단열막의 내열성이 감소할 수 있다. 또한, 상기 고분자 수지 대비 상기 에어로겔의 함량이 너무 크면, 상기 단열 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층, 코팅 필름 또는 코팅막의 기계적 물성을 충분히 확보하기 어려울 수 있으며, 상기 단열 코팅 조성물로부터 제조되는 단열막에 균열이 생기는 현상이 발생하거나 상기 단열막의 도막 형태가 견고하게 유지되기 어려울 수 있다.
상기 수계 용매 중 상기 고분자 수지의 고형분 함량은 크게 한정되는 것은 아니나, 상기 단열 코팅 조성물의 균일성이나 물성들을 고려하여 상기 고형분 함량은 5중량% 내지 75중량%일 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 고분자 수지와 상기 고분자 수지에 각각 분산된 에어로겔 및 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물을 포함하는, 단열 코팅층이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 상술한 일 구현예의 단열 코팅 조성물을 이용하여 낮은 열전도도 및 낮은 밀도를 가지면서도 높은 기계적 물성과 내열성을 확보할 수 있고, 내연 기관에 적용되어 외부로 방출되는 열에너지를 저감하여 내연 기관의 효율 및 자동차의 연비를 향상시킬 수 있고, 내연 기관 및 이의 부품에 대하여 높은 접착력을 갖는 단열 코팅층을 제조하였다.
상기 단열 코팅층 내에서는 에어로겔이 상기 고분자 수지 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 분산되어 있으며, 이에 따라 에어로겔로부터 구현되는 물성, 예를 들어 낮은 열전도도 및 낮은 밀도가 보다 용이하게 확보될 수 있으며, 또한 상기 고분자 수지로부터 발현되는 특성, 예를 들어 높은 기계적 물성 및 내열성 등이 상기 고분자 수지만을 사용하는 경우와 동등 수준 이상으로 구현될 수 있다.
상기 단열 코팅층은 낮은 열전도도 및 높은 열용량을 가질 수 있으며, 구체적으로 상기 단열 코팅층은0.60W/m이하, 또는 0.50W/m이하, 또는 0.50W/m 내지 0.200 W/m의 열전도도를 가질 수 있으며, 상기 단열 코팅층은 1350 KJ/㎥ K 이하, 또는 1000내지 1350 KJ/㎥ K의 열용량을 가질 수 있다.
또한, 상기 단열 코팅층은 금속에 대하여 9.5 N이상, 또는 9.5 N 내지 30 N의 박리 강도를 가질 수 있다. 상기 단열 코팅층은 상기 고분자 수지에 분산된 상기 양친성 화합물을 포함하여 내연 기관의 내벽이나 내연 기관의 부품의 외부면 등의 금속면에 대하여 보다 높은 접착력 또는 박리강도를 가질 수 있다.
상기 구현예의 단열 코팅층은 반복적인 고온 및 고압의 조건 가해지는 내연 기관 내부에서 장시간 유지될 수 있는 단열 재료나 단열 구조 등을 제공할 수 있으며, 구체적으로 상기 구현예의 단열 코팅층은 내연 기관의 내부면 또는 내연 기관의 부품 상에 형성될 수 있다.
상기 구현예의 단열 코팅층의 두께는 적용되는 분야 또는 위치나 요구되는 물성에 따라서 결정될 수 있으며, 예를 들어 50㎛ 내지 500㎛의 두께일 수 있다.
상기 구현예의 단열 코팅층은 상기 고분자 수지 100중량부 대비 상기 에어로겔 5 내지 50중량부, 또는 10 내지 45중량부를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 고분자 수지 수지 대비 상기 에어로겔의 함량이 너무 작으면, 상기 구현예의 단열 코팅층의 열전도도 및 밀도를 낮추기 어려울 수 있으며, 충분한 단열성을 확보하기 어려울 수 있고, 상기 단열 코팅층의 내열성이 감소할 수 있다. 또한, 상기 고분자 수지 대비 상기 에어로겔의 함량이 너무 크면, 상기 단열 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층, 코팅 필름 또는 코팅막의 기계적 물성을 충분히 확보하기 어려울 수 있으며, 상기 단열 코팅 조성물로부터 제조되는 단열막에 균열이 생기는 현상이 발생하거나 상기 단열막의 도막 형태가 견고하게 유지되기 어려울 수 있다.
상기 고분자 수지는 3,000 내지 300,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
상기 에어로겔은 규소 산화물, 탄소, 폴리이미드 및 금속 카바이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 에어로겔은 100㎤/g 내지 1,000 ㎤/g의 비표면적을 가질 수 있다.
상기 고분자 수지, 에어로겔 및 상기 양친성 화합물에 관한 구체적인 내용은 상기 일 구현예의 단열 코팅 조성물에 관하여 상술한 내용을 포함한다.
한편, 상기 구현예의 단열 코팅층은 상기 일 구현예의 단열 코팅 조성물을 건조하여 얻어질 수 있다. 상기 일 구현예의 단열 코팅 조성물의 건조에 사용될 수 있는 장치나 방법은 크게 한정되는 것은 아니며, 상온 이상의 온도에서 자연 건조하는 방법 또는 50℃이상의 온도로 가열하여 건조하는 방법 등을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 일 구현예의 단열 코팅 조성물을 코팅 대상물, 예들 들어 내연 기관의 내부면이나 내연 기관의 부품의 외부면에 코팅하고 50℃ 내지 200℃의 온도에서 반건조를 1회 이상 진행하고, 상기 반건조된 코팅 조성물은 200℃ 이상의 온도에서 완전히 건조하여 상기 단열 코팅층을 형성할 수 있다. 다만, 상기 구현예의 단열 코팅층의 구체적인 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 낮은 열전도도 및 낮은 밀도를 가지면서도 높은 기계적 물성과 내열성을 확보할 수 있고, 내연 기관에 적용되어 외부로 방출되는 열에너지를 저감하여 내연 기관의 효율 및 자동차의 연비를 향상시킬 수 있고, 내연 기관 및 이의 부품에 대하여 높은 접착력을 갖는 단열 코팅 조성물 및 단열 코팅층이 제공될 수 있다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1내지 3]
(1) 단열 코팅 조성물의 제조
에틸 알코올에 분산된 다공성 실리카에어로겔(비표면적 약 500㎤/g)와 수계 용매 메틸에틸케톤(MEK)에 분산된 실리콘 고분자 수지중량평균분자량 약 10g와 하기 화학식1의 화합물 0.1g을 반응기에 주입하고, 교반(mechanical stirrer) 장치를 사용하여 약 60℃의 온도 및 상압 조건에서 300 내지 500rpm의 속도로 혼합하여 단열 코팅 조성물(코팅 용액)을 제조하였다.
[화학식1]
Figure 112013121119160-pat00001

(2) 단열 코팅층의 형성
상기 얻어진 단열 코팅 조성물을 스프레이 코팅 방식으로 자동차 엔진용 피스톤에 도포하였다. 그리고, 상기 피스톤 상에 상기 단열 코팅 조성물을 도포하고 약150 ℃에서 약 10분간 1차 반건조를 진행한 이후에, 상기 단열 코팅 조성물을 재도포하고 약150 ℃에서 약 10분간 2차 반건조를 진행하였다. 상기 2차 반건조 이후에 상기 단열 코팅 조성물을 재차 도포하고 약250 ℃에서 약 60분간 완전 건조를 진행하여 상기 피스톤 상에 단열 코팅층을 형성하였다. 이때 형성된 코팅층의 두께는 하기 표1에 기재된 바와 같다.
[ 비교예1 ]
상기 양친성 화합물 대신에 PE/PO블륵공중합 비이온성 계면활성제(BASF사 제품)를 사용한 점을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 단열 코팅 조성물 및 단열 코팅층을 제조하였다.
[ 실험예 ]
1. 실험예1 : 열전도도 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 피스톤 상의 코팅층에 대하여, ASTM E1461 에 의거하여 상온 및 상압 조건에서 레이저플레쉬법을 이용하여 열확산 측정 방법으로 열전도도를 측정하였다.
2. 실험예2 : 열용량 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 피스톤 상의 코팅층에 대하여, ASTM E1269 에 의거하여 상온 조건에서 DSC 장치를 이용하여 사파이어를 레퍼런스로 하여 비열을 측정하여 열용량을 확인하였다.
3. 실험예3 : 박리 강도 측정
ISO 20502기준에 의거하여 CSM사의 밀착력 측정 장치를 이용하여 미세한 침을 이용하여 10mm길이의 박막을 하중을 주며 긁는 방법으로 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 피스톤과 코팅층 간의 접착력을 측정하였다.
양친성 화합물
함량(중량%)		 에어로겔 함량
(중량%)		 코팅층
두께
(㎛)		 코팅층의
열전도도
[W/m]		 코팅층의
열용량
[KJ/㎥ K]		 금속면과 단열코팅층간의 박리강도[N]
실시예1 0.1 20 100 0.423 1320 10.1
실시예2 0.2 20 100 0.340 1317 11.2
실시예3 0.5 20 100 0.331 1297 16.0
비교예1 0.1 20 100 0.422 1320 9.1
상기 표1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3에서 얻어진 단열 코팅층은 100㎛의 두께에서 1320 KJ/㎥ K 이하의 열용량 및 0.423 W/m이하의 열전도도를 가지면서도 금속면에 대하여 10.1 N 이상의 박리 강도를 갖는다는 점이 확인되었다.
이에 따라, 상기 실시예 1 내지 3에서 얻어진 단열 코팅층은 내연 기관에 적용되어 외부로 방출되는 열에너지를 저감하여 내연 기관의 효율 및 자동차의 연비를 향상시킬 수 있고, 내연 기관 및 이의 부품에 대하여 높은 접착력을 가져서 우수한 내구성을 구현할 수 있다.

Claims (16)

  1. 수계 용매에 분산된 고분자 수지; 에어로겔; 및 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물;을 포함하는 단열 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    내연 기관의 내부면 또는 내연 기관의 부품의 코팅에 사용되는, 단열 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수계 용매는 메틸알코올, 에틸알코올, 프로필알코올, n-부틸알코올, iso-부틸알코올, tert-부틸알코올, 물, 및 에틸아세테이트 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 단열 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 폴리이미드, 폴리이미드아미드, 실리콘수지, 폴리아미드, 폴리테트라 플루오로알킬렌, 폴리에틸렌니트릴, 폴리에테르설폰 및 폴리 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 단열 코팅 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 3,000 내지 300,000의 중량평균분자량을 갖는, 단열 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에어로겔은 규소 산화물, 탄소, 폴리이미드 및 금속 카바이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는, 단열 코팅 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에어로겔은 100㎤/g 내지 1,000 ㎤/g의 비표면적을 갖는, 단열 코팅 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반응성 작용기는 아민기, 수산화기, 카르복실기, 비닐기, (메타)아크릴레이트기, 에폭시기 및 아마이드기로 이루어진 군에서 선택된 하나의 작용기인, 단열 코팅 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    수계 용매에 분산된 고분자 수지 15 내지 95중량%;
    에어로겔 1 내지 60중량%;
    적어도 1 이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1 이상의 반응성 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물0.1 내지 30중량%;를 포함하는 단열 코팅 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수계 용매 중 상기 고분자 수지의 고형분 함량이 5중량% 내지 75중량%인, 단열 코팅 조성물.
  11. 고분자 수지와 상기 고분자 수지에 각각 분산된 에어로겔 및 적어도 1이상의 인산 작용기 또는 인산 에스테르 작용기와 적어도 1이상의 반응성 작용기를 포함하는 중량평균분자량 200 내지 5,000의 양친성 화합물을 포함하는, 단열 코팅층.
  12. 제11항에 있어서,
    금속에 대하여 9.5 N이상의 박리 강도를 갖는 단열 코팅층.
  13. 제11항에 있어서,
    1350 KJ/㎥ K 이하의 열용량을 갖는 단열 코팅층.
  14. 제11항에 있어서,
    0.50 W/m이하의 열전도도를 갖는 단열 코팅층.
  15. 제11항에 있어서,
    50㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 단열 코팅층.
  16. 제11항에 있어서,
    내연 기관의 내부면 또는 내연 기관의 부품 상에 형성되는, 단열 코팅층.


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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170085328A (ko) 2016-01-14 2017-07-24 삼우이피 주식회사 자동차 흡배기장치용 맞춤형 단열커버 및 이의 제조방법
KR20180044105A (ko) * 2016-10-21 2018-05-02 현대자동차주식회사 다공성 단열 코팅층의 제조 방법
KR102661380B1 (ko) * 2023-08-18 2024-04-26 (주)코스 단열층을 구비한 넥밴드

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101826545B1 (ko) * 2015-07-31 2018-02-07 현대자동차 주식회사 차량용 배기 시스템
KR101724480B1 (ko) * 2015-10-28 2017-04-07 현대자동차 주식회사 차량용 배기 시스템의 후처리 장치
KR101807018B1 (ko) * 2016-07-12 2017-12-08 현대자동차 주식회사 다공성 단열 코팅층 제조방법, 다공성 단열 코팅층 및 이를 이용한 내연 기관
US10066073B1 (en) 2016-08-30 2018-09-04 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Polyamide/polyimide aerogels
KR101865722B1 (ko) * 2016-12-13 2018-06-08 현대자동차 주식회사 다공성 단열 코팅층의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002504644A (ja) * 1998-02-20 2002-02-12 ジョン・ジェイ・クラックローアー 内燃エンジン中に触媒活性表面を付与し、維持する方法
JP2011162756A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Eiju Sangyo:Kk 多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法、多孔質シリカ−繊維複合体およびそれを用いた真空断熱材
KR20120023707A (ko) * 2009-04-27 2012-03-13 캐보트 코포레이션 에어로겔 조성물 및 그의 제조 방법 및 사용 방법
KR20130039028A (ko) * 2011-10-11 2013-04-19 엠파워(주) 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4954327A (en) 1988-08-12 1990-09-04 Blount David H Production of silica aerogels
US7005181B2 (en) * 2000-04-06 2006-02-28 American Aerogel Corporation Organic, open cell foam materials, their carbonized derivatives, and methods for producing same
EP1555984B1 (en) * 2002-10-21 2008-03-12 L'oreal Process for dissolving lipophilic compounds, and cosmetic composition.
US20040152085A1 (en) * 2003-02-04 2004-08-05 Veridian Systems Division Surface for collection and/or purification of nucleic acids
AU2004290065B2 (en) 2003-11-12 2010-05-27 G. Stuart Burchill Jr. Composition for thermal insulating layer
WO2008115812A2 (en) 2007-03-16 2008-09-25 Cabot Corporation Aerogel particles and methods of making same
CN105669101A (zh) 2009-11-25 2016-06-15 卡博特公司 气凝胶复合材料及其制造和使用方法
CN102079949A (zh) 2010-12-22 2011-06-01 李志� 纳米气凝胶保温涂料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002504644A (ja) * 1998-02-20 2002-02-12 ジョン・ジェイ・クラックローアー 内燃エンジン中に触媒活性表面を付与し、維持する方法
KR20120023707A (ko) * 2009-04-27 2012-03-13 캐보트 코포레이션 에어로겔 조성물 및 그의 제조 방법 및 사용 방법
JP2011162756A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Eiju Sangyo:Kk 多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法、多孔質シリカ−繊維複合体およびそれを用いた真空断熱材
KR20130039028A (ko) * 2011-10-11 2013-04-19 엠파워(주) 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170085328A (ko) 2016-01-14 2017-07-24 삼우이피 주식회사 자동차 흡배기장치용 맞춤형 단열커버 및 이의 제조방법
KR20180044105A (ko) * 2016-10-21 2018-05-02 현대자동차주식회사 다공성 단열 코팅층의 제조 방법
KR101886086B1 (ko) 2016-10-21 2018-08-07 현대자동차 주식회사 다공성 단열 코팅층의 제조 방법
KR102661380B1 (ko) * 2023-08-18 2024-04-26 (주)코스 단열층을 구비한 넥밴드

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