KR101608085B1 - 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지, 그 제조방법 및 이를 이용한 절연전선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지, 그 제조방법 및 이를 이용한 절연전선에 관한 것이다. 본 발명은 본 발명의 과제 해결 수단으로 제공되는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지는, 하기 화학식 1의 구조의 모노머로 이루어지며, 고유연 절연전선의 피복재 제조에 이용되는 것을 특징으로 한다.

<화학식 1>

상기 화학식 1에서 하첨자로 표시된, m은 1 내지 50의 자연수이며, n은 1 내지 20의 자연수이다.

본 발명에 따르면, 폴리아미드이미드 수지가 갖는 내열성, 전기 절연성을 유지하면서 유연성과 신장성이 더욱 향상되도록 함으로써 고유연 절연전선의 피복재를 제조할 수 있다. 특히, 본 발명에서 제공하는 피복재를 전기 기기의 코일과 같이, 높은 정도의 유연성 및 신율이 요구되는 분야의 피복재로 사용되면, 그 제조가 용이하고 기기의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

폴리아미드이미드, 고유연, 실록산, 축합중합, 디올, 절연도료

Description

실록산 변성 폴리아미드이미드 수지, 그 제조방법 및 이를 이용한 절연전선{SILOXANE MODIFIED POLYAMIDEIMIDE RESIN, PRODUCING METHOD OF THE SAME AND INSULATED CABLE USING THE SAME}

본 발명은 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지, 그 제조방법 및 이를 이용한 절연전선에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고유연 절연전선의 피복재로 이용하기 위해 폴리아미드이미드 수지가 갖는 내열성 및 전기 절연성을 유지하면서 유연성과 신장성을 향상시키기 위해 폴리디메틸실록산디올과 축합반응시켜 제조된 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지, 그 제조방법 및 이를 이용한 절연전선에 관한 것이다.

환선을 사용하여 자동차용 구동모터 및 알터네이터, 전기기기의 모터, 음성코일 등 제조시 환선의 단면이 원형이기 때문에 공극이 발생하게 된다. 이러한 공극으로 인하여 절연전선을 코어에 권취시 점적률에 한계가 있어 출력의 향상을 기대할 수 없다.

자동차용 및 각종 전기 전자기기의 소형화 경량화의 경향에 수반하여 고성능을 지키면서 저비용화의 요구가 증대되고 있다. 이 요구에 부응하기 위하여 코일을 형성하는 권선의 경우 절연전선을 지금까지도 작은 코어에 고밀도화하기 위하여 고 속으로 권취하고 이때 절연전선의 절연피막의 손상하는 등 전기기기의 전기 특성이 저하되거나 생산능률이 저하되는 문제가 발생하고 있다.

이 문제를 해결하기 위하여 단면이 환형인 절연전선을 단면이 평각권선화하여 점적률을 증대시키는 노력이 있어왔고 절연전선의 절연피막의 기계적 강도를 향상시키고 유연성 및 윤활성, 마모성, 밀착성 등을 향상시키는 노력이 있어 왔다. 그러나 환형 절연전선을 평각 절연전선화 하면서 절연 전선의 절연피막의 기계적 강도 및 유연성 및 윤활성, 마모성, 밀착성 특성 등의 향상 더욱 요구되어지고 있다.

환형 절연전선을 평각 절연전선화 하면서 평각 절연전선의 모서리 부위에서의 절연피막의 환경이 기계적 강도 및 밀착성, 유연성 등이 환형 절연전선에서 보다 더욱 가옥하여 피막손상의 원인이 되고 전기기기의 손상의 원인이 되고 있다. 그 중 가장 큰 요인으로 절연 피막의 유연성이 결여되어 평각권선의 모터 가공시에 피막이 손상되어 전기기기의 제조에 어려움이 있다. 또한 고집적화됨으로 인하여 전기특성에 의한 발열이 더욱 심하여 고내열 특성이 요구되고 있다.

종래의 폴리아미드이미드 수지는 내열성, 내마모성, 용해성이 우수하기 때문에 성형재료나 절연도료, 윤활도료 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 특히, 재료의 활성이 요구되는 경우에는 실리콘이나 고급 지방산, 불소수지 등의 유기 윤활제나 그래파이트, 이황화몰리브덴 등의 무기 윤활제를 배합하여 사용하고 있다. 그러나, 유기 윤활제의 경우는 윤활제가 내구성의 저하시켜 바람직하지 못하고, 무기 윤활제의 경우에는 분산 등의 번잡한 공정을 필요로 하기 때문에 비용이 높아지고 투명 성이 손상되는 문제가 있다. 또한 종래의 폴리아미드이미드 수지는 고비등점의 극성 용제에 의해서만 용해되므로 폴리에스터 필름 등의 플라스틱 코팅제 등에까지 응용하는 데는 한계가 있음이 알려져 있다.

일반적으로, 폴리아미드이미드 수지는 방향족 트리카르본산과 디이소시아네이트, 디아민을 원료로 하고, 이것들을 축합반응시켜 합성된다. 폴리아미드이미드 수지는 분자량이 증가하는 것에 따라 유연성이나 신장율이 늘고, 내열성 등이 향상되지만 한편으로는 용제에 용해성이 저하되거나 고점도화하기 때문에 취급 작업성이 저하되어 바람직하지 못하다. 이와 반대로 폴리아미드이미드 수지의 분자량이 작아지면 탄성율은 향상되지만 유연성, 신장율, 내열성이 저하되어 바람직하지 못하다.

또한, 평각권선을 사용하여 모터 및 알터네이터 등의 전기기기를 제조하는 경우, 권선을 가공할 때 굽힘 가공 등의 다양한 공정이 진행되므로 환선에서보다 평각 권선을 사용하는 경우 더욱 향상된 피막 유연성이 요구되고 있다. 이때, 평각 권선의 모서리 부분에 원형 처리를 한다 하더라도 모서리 원형 부분 등에 스트레스가 집중되어 피막의 손상이 발생되므로 더욱 향상된 피막유연성이 요구되는 것이다.

전술한 바와 같이, 폴리아미드이미드 수지가 갖는 단점을 보완하기 위한 목적에서, 내열성이나 기계적 강도 등을 강화를 위해 필요한 충진제 등을 첨가할 수 있으나, 목적하는 효과가 일부 달성되더라도 유연성이나 신장율이 저하되거나 피막 자체가 손상되는 부작용이 발생하는 문제가 발생하고 있다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 다각적인 노력이 관련분야에서 진행되어 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 평각 권선을 제조함에 있어서 폴리아미드이미드 수지가 갖는 내열성, 전기 절연성을 유지하면서 모터나 알터네이터 등의 전기 기기의 효율적인 가공을 위해 유연성과 신장성이 더욱 향상되도록 함으로써 고유연 절연전선의 피복재를 제조하고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제의 달성을 위해 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지, 그 제조방법 및 이를 이용한 절연전선을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 과제 해결 수단으로 제공되는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지는, 하기 화학식 1의 구조의 모노머로 이루어지며, 고유연 절연전선의 피복재 제조에 이용되는 것을 특징으로 한다.

상기 화학식 1에서 하첨자로 표시된, m은 1 내지 50의 자연수이며, n은 1 내지 20의 자연수이다.

본 발명의 과제 해결 수단으로 제공되는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지의 제조방법은, 폴리아미드이미드 수지와 폴리디메틸실록산디올을 축합반응시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 과제 해결 수단으로 제공되는 절연전선은, 중심도체를 둘러 감싸는 절연피막이 전술한 바에 따르는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지를 이용하여 제조된 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 절연전선의 중심도체는 환형 또는 각형의 형태로 이루어진 것이면 바람직하고, 상기 절연피막이 2층 이상의 복층으로 형성되는 경우, 이들 복층 중 적어도 하나의 층인 것이면 바람직하다.

본 발명에 따르면, 폴리아미드이미드 수지가 갖는 내열성, 전기 절연성을 유지하면서 유연성과 신장성이 더욱 향상되도록 함으로써 고유연 절연전선의 피복재를 제조할 수 있다. 특히, 본 발명에서 제공하는 피복재를 전기 기기의 코일과 같이, 높은 정도의 유연성 및 신율이 요구되는 분야의 절연전선의 피복재로 사용되면, 그 제조가 용이하고 기기의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전 하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명에 따르는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지는, 상기 화학식 1 또는 도1을 통해 나타내고 있는 화학식 구조의 모노머로 이루어지며, 고유연 절연전선의 피복재 제조에 이용되면 바람직하다. 상기 화학식 1에 표시된 하첨자 m과 n에 대한 수치범위는 상기 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지의 분자량이 10,000 내지 100,000이 될 수 있도록 조절되는 값으로 선택될 수 있다. 상기 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지의 분자량에 대한 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 절연도료의 코팅 공정상 피막이 충분하게 형성되지 못하여 피막이 깨지는 등의 평각 권선 특성에 바람직하지 못하며, 그 상한을 초과하면 바니시의 점도가 급격하게 증가하여 코팅 공정시 생산성 저하가 초래될 수 있으며, 더 심한 경우에는 코팅공정에 적용이 불가할 수 있어 바람직하지 못하다. 특히, 상기 화학식 1에서, 하첨자 n에 관한 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 일반 폴리아미드이미드 수지와 동일한 구조가 되므로 유연성이 상실되어 바람직하지 못하고, 그 상한을 초과하면 폴리아미드이미드 수지가 갖는 내열성을 확보할 수 없어 바람직하지 못하다.

본 발명에 따르는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지의 제조방법은, 폴리아미드이미드 수지와 폴리디메틸실록산디올을 축합반응시켜 제조되면 바람직하다.

본 발명에 따르는 절연전선은, 중심도체를 둘러 감싸는 절연피막이 전술한 바에 따르는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지를 이용하여 제조된 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 절연전선의 중심도체는 환형 또는 각형의 형태로 이루어진 것이면 바람직하고, 상기 절연피막이 2층 이상의 복층으로 형성되는 경우, 이들 복층 중 적어도 하나의 층인 것이면 바람직하다.

하기와 같이 구분 설정된 비교예들(1, 2)과 실시예들(1~5)에서 제시되고 있는 바에 따라 수지 용액을 제조하였다.

비교예 1

교반기, 냉각기, 온도계를 구비한 반응장치에 N-메틸 피롤리돈 1,160g, 자이렌 290g, 트리멜리틱언하이드라이드(TMA) 345.3g과 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 425g을 넣고 질소분위기하에 90℃로 5시간 반응시킨다. 이어서, 질소분위기하에서 140℃까지 2시간에 걸쳐 승온시키고, 5시간 동안 반응을 지속한다. 이후 그 결과물을 냉각하고 N-메틸피롤리돈/자이렌의 중량비가 1/4이 되도록 희석하고, 불휘발분이 25중량%인 수지용액(A)을 얻었다.

비교예 2

비교예 1과 동일한 과정으로 제조하되, 최종적으로 불휘발분이 15중량%인 수지용액(B)을 얻었다.

실시예 1

자이렌 290g, 트리멜리틱언하이드라이드(TMA) 345,3g과 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(DMI) 425g을 넣고, 폴리디메틸실록산 디올 15중량%(TMA 및 MDI 합계 중량 대비)를 넣고, 질소분위기 하에 90℃로 5시간 반응시킨다. 이어서, 질소 분위기하에서 140℃까지 2시간에 걸쳐 승온시키고, 5시간 동안 반응을 지속한다. 이후, 그 결과물을 냉각하고 N-메틸피롤리돈/자이렌의 중량비가 1/4이 되도록 희석하고, 불휘발분이 25중량%인 수지용액(C)을 얻었다.

실시예 2

상기 폴리디메틸실록산 디올을 35중량%(상기 TMA 및 MDI 합계 중량 대비) 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 제조하여 수지용액(D)을 얻었다.

실시예 3

상기 폴리디메틸실록산 디올을 50중량%(상기 TMA 및 MDI 합계 중량 대비) 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 제조하여 수지용액(E)을 얻었다.

실시예 4

상기 폴리디메틸실록산 디올을 5중량%(상기 TMA 및 MDI 합계 중량 대비) 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 제조하여 수지용액(F)을 얻었다.

실시예 5

상기 폴리디메틸실록산 디올을 1중량%(상기 TMA 및 MDI 합계 중량 대비) 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 제조하여 수지용액(G)을 얻었다.

전술한 비교예들(1,2) 및 실시예들(1~5)에 따라 준비된 수지용액(A~G)에 대해 점도, 고형분, 유연성을 다음과 같이 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 점도는 브룩필드 점도계를 이용하여 측정하였으며, 고형분은 200℃ 열풍 순환오븐에서 2시간 경화시킨 후, 솔벤트가 휘발되기 전 무게 대비 휘발된 후 무게를 백분율로 계산 하여 나타내었다. 수지용액들의 유연성은 유리판 위에 나이프를 이용하여 40㎛의 동일한 두께로 캐스팅 한 후, 인스트롱사의 만능시험기를 사용하여 폭 10㎜, 표점거리 20㎜의 신장율을 측정하였다. 한편, 직경이 1㎜인 중심도체를 감싸도록 전술한 바에 따라 준비된 각각 수지용액들(A~G)을 이용하여 0.038㎜의 두께를 갖는 절연피복재를 도포한 후, 경화시켜 절연전선을 제조한 후, 육안에 의한 외관관찰을 행하였으며, 인스트롱사의 만능시험기를 사용하여 폭 10㎜, 표점거리 20㎜의 신장율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

항복전압(BDV)의 측정인 IEC 60317의 방법에 따라 측정하였으며, 트위스트 테스트(Twist test)는 권선 제조 후 피막 신율을 테스트하는 방법으로서, 길이 50㎝의 권선 시료를 준비하고, 한쪽 끝은 테스트 장비의 클램프에 고정하고 다른 한쪽은 회전할 수 있는 클램프에 고정하여 회전할 수 있는 클램프를 분당 100회씩 회전시켜 시료가 회전하는 동안 시료의 피막이 절단되는 순간 정지시키고, 그 때의 회전수를 기록하여 하기 표 1에 나타내었으며, 그 수치가 높을수록 제품 안정성이 우수한 것으로 평가할 수 있다.

구분		실시예(1~5)					비교예(1,2)
		1	2	3	4	5	1	2
수지용액	점도(poise)	15	18	18	13	8	14	11
	고형분(%)	28	31	35	25	20	25	15
	피막신장율(%)	64	65	72	58	60	22	30
절연전선	외관	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호
	BDV(V)	9000	9200	9200	10,000	9600	5400	6200
	신장율(도체)	42	44	43	39	42	38	39
	트위스트테스트(회)	130	135	140	132	124	87	86

상기 표 1에서 절연전선의 신장율(도체)은 절연 전선의 중심에 위치한 도체 고유의 특성이며, 통상 30% 이상의 값이 요구되고 있다. 본 항목은 실시예나 비교예에서 구별 실익이 있는 인자는 아니지만, 중심 도체의 신장율이 낮게 되면 피막 신율도 낮게 측정되므로, 필요적으로 적정한 신장율이 요구되는 점을 고려하여 측정한 물성이다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 본 발명에 따르는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지의 화학식이다.

도 1 내의 화학식에서 하첨자로 표시된, m은 1 내지 50의 자연수이며, n은 1 내지 20의 자연수이다.

Claims (6)

1. 하기 화학식 1의 구조의 모노머로 이루어지며, 고유연 절연전선의 절연피막의 제조에 이용되며, 하기 화학식 1의 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지를 이용하여 제조된 절연피막의 피막신장율이 58% 이상인 것을 특징으로 하는, 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지.

   <화학식 1>

   

   상기 화학식 1에서 하첨자로 표시된, m은 1 내지 50의 자연수이며, n은 1 내지 20의 자연수이다.
2. 삭제
3. 제1항에 따르는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지는, 폴리아미드이미드 수지와 폴리디메틸실록산디올을 축합반응시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지 제조 방법.
4. 중심도체를 둘러 감싸는 절연피막이 제1항에 따르는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지를 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절연전선.
5. 제4항에 있어서,

   상기 절연전선의 중심도체는 환형 또는 각형의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 절연전선.
6. 제4항에 있어서,

   상기 절연피막이 2층 이상의 복층으로 형성되는 경우, 이들 복층 중 적어도 하나의 층이 제1항에 따르는 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지를 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절연전선.

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