KR101651925B1

KR101651925B1 - 원적외선 방열패널 코팅용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 원적외선 방열 패널

Info

Publication number: KR101651925B1
Application number: KR1020150147396A
Authority: KR
Inventors: 서병철
Original assignee: (주)썬레이텍
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-08-29

Abstract

본 발명은 실리카졸 100 중량부, SiC, Fe₂O₂ 및 MnO이 각각 1:0.2~0.4:0.1~0.3의 중량비로 이루어진 충전제 10 내지 100 중량부, 구리(Cu) 1 내지 25 중량부, 세륨 또는 백금 1 내지 10 중량부 및 희토류 1 내지 20 중량부를 포함하는 세라믹 혼합물 60 내지 78 중량%; 경화제 20 내지 35 중량%; 및 그라핀 화합물 1 내지 10 중량%를 포함하는 원적외선 방열패널 코팅용 조성물을 제공한다. 상기 코팅 조성물은, 원적외선 방열패널의 전면 코팅됨으로써, 방열패널의 균일한 방열 특성을 유도하고 상기 방열패널이 고온환경에서 장시간 사용되더라도 크랙이나 색상이 변질되지 않도록 한다.

Description

원적외선 방열패널 코팅용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 원적외선 방열 패널{COMPOSITION FOR COATING RADIANT HEAT PANEL AND RADIANT HEAT PANEL MANUFACTRURED BY USING THE SAME}

본 발명은 원적외선에 의하여 발열하는 발열 방식을 이용한 난방 분야의 기술로서, 더욱 상세하게는 방열특성이 우수할 뿐만 아니라 고온 환경에서의 장기간 사용에 따른 크랙 및 발생 및 색상 변질의 가능성이 매우 적은 원적외선 방열패널 및 이를 제조하는 데 사용되는 특수한 코팅용 조성물에 관한 기술이다.

일반적으로 적외선은 파장의 길이에 따라 근적외선, 중적외선 및 원적외선으로 구분되고, 물리적인 특징 중 전자기파의 성질인 직진성, 반사성, 투과성 및 흡수성을 갖는다. 그리고 이와 같은 적외선은 전달 매질이 없는 상태에서 전자기파의 성질에 대해 피 대상물에 직접 조사되어 열을 발생하게 되는 특징이 있다.

이와 같은 적외선 중 긴 파장(통상 25㎛ 이상)을 갖는 원적외선은 눈에 보이지 않고 침투력이 강해 물질에 잘 흡수되며 유기화합물 분자에 대한 공진 및 공명 작용이 강한 특성이 있기 때문에 열 작용에 의한 각종 질병의 원인이 되는 세균을 없애는 데 도움이 되고, 모세혈관을 확장시켜 혈액순환과 세포조직 생성에 도움을 주게 되어 세포조직의 활성화를 통한 노화방지, 신진대사 촉진, 만성피로 등 각종 성인병 예방에 효과가 있는 것으로 알려지면서 원적외선 방열패널을 갖는 다양한 형태의 난방장치가 개발되어 사용되고 있다.

일반적으로, 상기 방열패널에 적용되는 소재로써는 지르코니아, 알루미노실리케이트, 코이더라이트계가 주성분으로 사용된다. 한편, 방열 또는 방사 특성을 높이기 위하여, 상기 방열패널의 주요 소재에 Fe₂O₃, MnO₂ 등을 첨가하거나, 상기 성분들을 폴리에틸렌과 같은 수지에 소량 첨가하여 성형, 소결 등의 공정을 거쳐 방열 패널이 제조되기도 한다.

나아가, 방열패널의 전면에 특수한 코팅 처리를 통하여, 방열특성을 향상시키거나 추가적인 기능성을 갖게 하는 기술들이 있다. 본 발명자의 선행 특허인 한국 등록특허 제10-1028946호에는 방열특성 등을 강화하기 위한 코팅제로서, 실리카졸, 충전체, 실란 등으로 이루어진 조성물이 개시되어 있다. 상기 코팅제는 방열특성이나 항균력, 공기정화 기능 등의 부가특성은 우수하나 고온 환경에서 장시간 노출될 경우, 균열이나 색상 변질 등의 문제가 발생할 수 있고, 코팅의 균일성이 다소 열악하여 균일한 방열특성을 내지 못하는 경우가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 방열패널용 코팅제의 문제점을 고려한 발명으로서, 균일한 방열특성을 나타내면서 균열이나 색상 변화를 일으키지 않는 원적외선 방열패널용 코팅 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방열패널용 코팅 조성물에 의한 코팅 기술이 도입되어 제조된 원적외선 방열패널로서, 고온환경에서의 내구성 및 안정성이 강화된 원적외선 방열패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원적외선 방열패널 코팅용 조성물은 실리카졸 100 중량부, SiC, Fe₂O₂ 및 MnO이 각각 1:0.2~0.4:0.1~0.3의 중량비로 이루어진 충전제 10 내지 100 중량부, 구리(Cu) 1 내지 10 중량부, 세륨 또는 백금 1 내지 10 중량부 및 희토류 1 내지 20 중량부를 포함하는 세라믹 혼합물 60 내지 78 중량%; 경화제 20 내지 35 중량%; 및 그라핀 화합물 1 내지 10 중량%를 포함한다.

상기 SiC는 입자상의 SiC 또는 수백 ㎛ 이내의 SiC 단섬유일 수 있으며, 상기 그라핀 화합물은 그라핀 산화물 또는 순수 그라핀을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 그라핀 화합물은 그라핀 산화물을 페닐히드라진에 의하여 환원시킨 화합물일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원적외선 방열패널은 표면에, 구리 및 그라핀 화합물을 포함하는 세라믹 코팅 조성물의 코팅에 의하여 형성된 코팅층을 포함하고, 원적외선을 방사하도록 전면에 배치된 방열부; 및 상기 원적외선 방열부의 배면에 히터가 결합되도록 마련되는 히터 결합부를 포함하며, 상기 히터 결합부는, 상기 원적외선 방열부의 배면으로부터 돌출 형성되는 결합지지편에 의해 상기 히터가 삽입되도록 배면 방향으로 개방되는 결합홈을 형성하되, 상기 결합홈은 상기 원적외선 방열부의 적어도 두 곳에 상호 일정간격 이격되어 마련되며, 상기 히터는 상기 히터 결합부에 결합되도록 유(U)자 형상으로 굴곡이 형성되어 있다. 상기 그라핀 화합물은 산화 그라핀을 페닐히드라진에 의하여 환원시킨 화합물일 수 있다.

본 발명에 따른 원적외선 방열패널 코팅용 조성물은, 원적외선 방열패널의 전면에 코팅층을 형성함으로써, 방열패널 소재가 갖는 기본적인 방열특성을 강화시켜주고 특히, 균일한 방열 특성을 나타내도록 한다.

또한, 상기 코팅용 조성물은 방열패널을 고온환경에서 장기간 사용하여도, 균열이나 색상 변질 등의 문제를 일으키지 않아 원적외선 방열패널을 포함하는 난방장치의 제품 안정성을 강화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원적외선 방열패널의 사시도이다.
도 2는 도 1의 원적외선 방열패널의 평단면도이다.
도 3은 비교예 1 및 실시예 1에서 각각 제조된 방열패널용 코팅 조성물에 의하여 코팅된 방열패널 각각의 표면을 촬영한 전자현미경 사진들이다.

이하 첨부된 도면 및 구체적인 화학적 실시예들을 을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원적외선 방열패널 및 이의 코팅층을 형성하기 위한 원적외선 방열패널 코팅용 조성물을 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 기재들은 본 발명을 구체화하여 설명하기 위한 예시적인 기재들일 뿐이며 본 발명의 기술사상은 오직 후술하는 청구범위에 의하여 결정될 뿐이다.

도 1은 본 발명에 따른 원적외선 방열패널의 사시도이며, 도 2는 도 1의 원적외선 방열패널의 평단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 원적외선을 방사하도록 마련되는 원적외선 방열부(100), 원적외선 방열부(100)에 히터(108)가 결합되도록 하는 히터 결합부(106)를 포함한다.

원적외선 방열부(100)는 본 실시예에 따른 원적외선 방열패널의 메인 프레임을 형성하며, 전면에는 종 방향을 기준으로 양측 가장자리로부터 중앙부로 갈수록 볼록하게 돌출되는 곡면부(101)가 형성되어 있다. 곡면부(101)에는 고온의 열 및 원적외선을 확산시켜 방사하도록 표면으로부터 톱니형상을 갖는 다수의 확산돌기(102)가 돌출되어 있다. 이 때, 확산돌기(102)는 곡면부(101)를 따라 규칙적 또는 불규칙적으로 배열되도록 돌출될 수 있으며, 톱니형상 이외에도 레이저가공 또는 에칭가공 등을 통해 공지된 다양한 요철형상을 가질 수 있다.

확산돌기(102)를 형성하는 톱니는 원적외선 방열부(100)의 중앙부를 기준으로 내측의 경사면 각도보다 외측의 경사면 각도가 작게 형성된다. 즉, 확산돌기(102)는 고온의 열 및 원적외선을 확산시키도록 외측의 경사면 각도가 작고 내측의 경사면 각도가 큰 톱니형상으로 형성된다. 이에 확산돌기(102)는 원적외선 방열부(100)로부터 방사되는 고온의 열 및 원적외선을 전면 방향으로 확산시킬 수 있게 된다.

원적외선 방열부(100)의 곡면부(101)에는, 원적외선을 방사하도록 일정두께로 도포되는 원적외선 방사 코팅층(103)이 형성되어 있다. 이 때, 원적외선 방사 코팅층(103)은 이하에서 설명하는 원적외선 방열패널 코팅용 조성물의 코팅 및 경화에 의하여 형성된 층이다. 상기 방사 코팅층(103)은 산업용 건조로 등에서 사용되는 원적외선 방식의 난방장치 등이 고온으로 장시간 사용될 경우, 크랙이나 색상 변질의 문제가 발생 되는 것을 방지한다. 또한, 상기 곡면부(101)가 다양한 요철 형상을 가질 수 있어, 코팅 조성물을 이루는 유효 성분들이 표면에 균일하게 분포되는 것이 방열 효율 면에서 매우 중요한데, 상기 코팅 조성물은 이러한 코팅 조성물에 포함된 성분들의 균일한 분산을 유도할 수 있고, 나아가 전면에서 균일한 방열 특성을 나타낼 수 있다.

상기 원적외선 방열패널 코팅용 조성물은 실리카졸 100 중량부, SiC, Fe₂O₂ 및 MnO이 각각 1:0.2~0.4:0.1~0.3의 중량비로 이루어진 충전제 10 내지 100 중량부, 구리(Cu) 1 내지 10 중량부, 세륨 또는 백금 1 내지 10 중량부 및 희토류 1 내지 20 중량부를 포함하는 세라믹 혼합물 60 내지 78 중량%; 경화제 20 내지 35 중량%; 및 그라핀 화합물 1 내지 10 중량%를 포함한다. 항균성 등의 보완을 위하여 은(Ag)을 추가적으로 포함할 수 있다.

상기 SiC는 입자 형태일 수도 있고, 수백 ㎛ 수준의 단섬유 형태일 수도 있다. SiC 단 섬유의 경우, 입자상의 SiC에 비하여 방열패널의 고온 안정성에 유리한 측면이 있다. 상기 SiC 섬유는 폴리카보실란(PCS)를 용융방사 하여 형성된 PCS 섬유를 단섬유화 한 후, 열처리, 산화 공정 등을 거쳐 SiC 단섬유로 제조될 수 있다.

상기 구리는 방열패널의 항균효과 및 유해미생물을 제거하거나 살균하는 효과뿐만 아니라 정전기 방지를 위하여 포함된다.

한편, 상기 경화제로서는 실란계 화합물이 사용될 수 있고, 이러한 실란계 화합물로서는, 예를 들면, MMS(methyltrimethoxyailane) 등을 들 수 있다.

상기 그라핀 화합물은 열전도성과, 신축성이 매우 뛰어나며, 상기 그라핀 화합물로서는, 순수 그라핀 또는 그라핀 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 그라핀 화합물로서는, 산화 그라핀을 페닐히드라진에 의하여 환원시킨 화합물을 사용할 수 있다. 상기 산화 그라핀은 그라파이트 또는 팽창된 그라파이트를 산화시켜 형성한 것으로서, 예를 들면, 황산과 과망간산칼륨으로 산화하여 형성할 수 있다. 상기 그라핀 화합물은 상기 산화 그라핀과 페닐히드라진을 소정 비율로 혼합하여 상온에서 산화 그라핀을 환원화는 과정을 거쳐 수득된 화합물이다.

상기 원적외선 방열패널 코팅용 조성물이 상기 그라핀 화합물을 포함하게 되면, 코팅 조성물 내의 유효 성분들의 분산성이 크게 증가하여, 코팅면이 균일한 방열 특성을 나타낼 수 있게 하고, 방열패널 면의 내구성 내후성 등을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 원적외선 방열패널 코팅용 조성물을 구체적인 실시예들을 들어 더욱 자세하게 설명하도록 한다.

[실시예]

실시예 1

실리카졸 330g중 50g을 소분하여 염화백금산 500mg과 세륨(Ce) 7g을 교반기에 넣고 섞은 후에, 제올라이트 또는 5㎛이내의 다공성 실리카 20g을 넣어 약 2시간 동안 50RPM의 속도로 교반하여 충분히 함침시킨 다음, 나머지 실리카졸 280g과 혼합하여 촉매반응액을 제조하였다. 충전제로는 SiC 140g, Fe₂O₃ 40g,　MnO 20g 및 희토류 23g을, 그리고 구리분말 7g을 교반기에 넣고 IPA(Iso-Propyl Alcohol) 200g을 넣어 약 30분간 100RPM의 속도로 혼합시켰다. 이어서 준비된 그라핀 화합물 10g을 혼합하였다. 이어서, 상기의 촉매반응액 350g을 넣고 100RPM의 속도로 1~2시간 동안 재 교반하여 혼합 반응시켰다. 그리고 나서, 반응액에 MTMS(methyltrimethoxysilane) 220g을 넣어 25~30℃ 분위기에서 100RPM의 속도로 3~10시간 교반숙성하여 1kg의 코팅 조성물을 완성하였다. 그라핀 화합물은 사전에 준비되었으며, 상기 그라핀 화합물 제조를 위하여, 4㎎/㎖의 산화 그라파이트 현탁액 100㎖와 페닐히드라진(phenylhydrazine) 3㎖를 상온에서 24시간 동안 혼합하여 산화 그라파이트를 환원시켜 그라핀 분산액을 제조하였다. 다음으로, 그라핀 분산액을 여과한 후, 물, 메탄올 및 DMF를 이용하여 수회 세척하여 반응하지 않고 남아있는 페닐히드라진을 제거하였다. 이렇게 하여 그라핀 화합물을 수득하였다.

비교예 1

비교예 1의 코팅 조성물은 실시예1과 비교하여 구리 및 그라핀 화합물을 첨가하지 않은 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조되었다.

[실험] 방열패널의 표면 관찰

비교예 1 및 실시예 1에서 제조된 코팅 조성물로, 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이 제조된 원적외선 방열패널 표면에 코팅 및 경화시킨 후 각각 표면을 관찰하였다.

도 3은 비교예 1 및 실시예 1에서 각각 제조된 방열패널용 코팅 조성물에 의하여 코팅된 방열패널 각각의 표면을 촬영한 전자현미경 사진들이다. 도 3을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 코팅 조성물로 코팅된 방열패널의 표면 조도가 상대적으로 낮고, 내부 입자들의 분포가 균일한 것으로 관찰되었으며, 이는 그라핀 첨가 및 구리의 정전기 방지 특성 등에 기인한 것이다.

도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 이러한 원적외선 방열부(100)는 곡면부(101) 및 확산돌기(102)에 의해 고온의 열 및 원적외선을 전면의 주변으로 넓게 확산시켜 방사할 수 있게 된다. 원적외선 방열부(100)는, 히터(108)로부터 열의 전도에 따라 가열되어 발생하는 휨 변형을 방지하도록 배면으로부터 다수의 보강리브(104)가 돌출 형성되어 있다. 보강리브(104)는 상호 일정간격 이격되어 표면으로부터 돌출 형성된다. 이에 따라 원적외선 방열부(100)는 히터(108)에 의해 가열되는 경우 보강리브(104)를 통해 휨 변형이 억제될 수 있게 된다. 원적외선 방열부(100)는, 종 방향으로 배면의 양측 가장자리에 걸림홈(105)이 돌출 형성되어 있다. 걸림홈(105)은 후술하는 난방장치의 보강부(120)에형성되는 걸림돌기(122)가 삽입되어 걸림된다.즉, 원적외선 방열부(100)와 난방장치에 마련되는 보강부(120)는 걸림홈(105) 및 걸림돌기(122)의 상호 걸림에 따라 결합될 수 있게 된다.

히터 결합부(106)는, 원적외선 방열부(100)의 배면에 후술하는 히터(108)를 결합하도록 마련되는 것이며, 원적외선 방열부(100)의 배면으로부터 종방향으로 돌출되는 결합지지편(106B)에 의해 배면 방향으로 개방되는 결합홈(106A)을 갖도록 형성되어 있다. 결합홈(106A)은 원적외선 방열부(100)의 배면 적어도 두 곳에 상호 일정간격 이격되어 형성된다. 히터 결합부(106)는, 히터(108)가 결합홈(106A) 내로 삽입된 뒤 결합지지편(106B)을 프레스 가공에 따라 히터(108)의 표면 일부를 감싸도록 변형시켜 원적외선 방열부(100)에 히터(108)가 고정 결합되도록 한다. 이에 히터(108)는 히터 결합부(106)에 의해 원적외선 방열부(100)에 견고하게 결합될 수 있게 된다. 기서 본 실시예의 결합지지편(106B)은, 히터(108)가 결합홈(106A)에 삽입된 뒤 프레스의 가압에 따라 히터(108)의 표면 일부를 감싸도록 변형되나, 본 발명의 다른 실시예로써 결합지지편(106B)은 히터(108)의 표면을 완전히 감싸도록 변형될 수도 있다. 이와 같은 원적외선 방열부(100)는 히터(108)로부터 발생하는 열이 쉽게 전도되어 가열되도록 열전도율이 높은 알루미늄 재질로 형성된다.

히터(108)는, 원적외선 방열부(100)를 가열하도록 마련되는 것이며, 히터 결합부(106)에 결합되도록 대략 유(U)자 형상으로 형성되어 있다. 즉, 히터(108)는 일단부가 자유단을 형성하고 타단부는 상호 연결되는 유(U)자 형상으로 형성되어 히터 결합부(106)에 결합된다. 히터(108)는, 유(U)자 형상을 갖는 하나의 열선을 가지며 이 열선을 마그네슘으로 감싼 뒤 마그네슘의 표면을 알루미늄으로 감싸도록 형성된다. 이에, 히터(108)는 히터 결합부(106)에 결합된 뒤 원적외선 방열부(100)를 가열하는 경우 원적외선 방열부(100)와 열팽창 및 수축 시점이 동일하게 진행되어 히터 결합부(106)에 결합된 히터(108)의 유격 발생을 방지할 수 있게 된다. 여기서 본 발명의 실시예에 따른 히터(108)는 히터 결합부(106)에 결합되는 경우 양단부가 외부로 노출되는데, 이러한 노출부분은 내열실린더로 마감처리될 수 있다.

100: 원적외선 방열부 104: 보강리브
106: 히터 결합부 106A: 결합홈
106B: 결합지지편 108: 히터

Claims

실리카졸 100 중량부, SiC, Fe₂O₂ 및 MnO이 각각 1:0.2~0.4:0.1~0.3의 중량비로 이루어진 충전제 10 내지 100 중량부, 구리(Cu) 1 내지 25 중량부, 세륨 또는 백금 1 내지 10 중량부 및 희토류 1 내지 20 중량부를 포함하는 세라믹 혼합물 60 내지 78 중량%;
경화제 20 내지 35 중량%; 및
그라파이트를 황산과 과망간산칼륨으로 산화시켜 형성된 산화 그라핀을 페닐히드라진과 혼합하여 상온에서 상기 산화 그라핀을 환원시킴으로써 수득되고, 조성물 내의 입자들을 균일하게 분산시켜, 형성되는 코팅막의 크랙을 방지하는 그라핀 화합물 1 내지 10 중량%;
를 포함하는 원적외선 방열패널 코팅용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 SiC는 SiC 입자 또는 SiC 단섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 원적외선 방열패널 코팅용 조성물.
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표면에, 제1항의 코팅용 조성물의 코팅에 의하여 형성된 코팅층을 포함하고, 원적외선을 방사하도록 전면에 배치된 방열부; 및
상기 원적외선 방열부의 배면에 히터가 결합되도록 마련되는 히터 결합부를
포함하며,
상기 히터 결합부는,
상기 원적외선 방열부의 배면으로부터 돌출 형성되는 결합지지편에 의해 상
기 히터가 삽입되도록 배면 방향으로 개방되는 결합홈을 형성하되, 상기 결합홈은
상기 원적외선 방열부의 적어도 두 곳에 상호 일정간격 이격되어 마련되며,
상기 히터는 상기 히터 결합부에 결합되도록 유(U)자 형상으로 굴곡이 형성되는 것을 특징으로 하는 원적외선 방열패널.
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