KR101813886B1 - 질화붕소를 이용한 내열 코팅 조성물, 이를 이용한 코팅제 및 이를 이용한 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1000℃ 이상의 고온환경에서도 피도물의 표면을 안전하게 보호할 수 있으며 윤활기능을 가짐으로써 이형성이 뛰어난 내열 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅제에 관한 것이다. 상기 내열 코팅 조성물의 조성은 질화붕소(B/N, Boron Nitride)를 전체 중량에 대하여 60 ~ 90중량%로 포함하며; 이산화티탄(TiO₂) 또는 알루미나(Al₂O₃) 중 어느 하나 이상을 전체 중량에 대하여 10 ~ 40중량%로 포함할 수 있다.

Description

질화붕소를 이용한 내열 코팅 조성물, 이를 이용한 코팅제 및 이를 이용한 코팅방법{Components Of Coating Material Using Boron Nitride, Coating Material Using The Components And Method For Coating Using The Coating Material}

본 발명은 코팅제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 1000℃ 이상의 지속적인 고온환경에서도 소착이 일어나지 아니하며 윤활기능을 가짐으로써 이형성이 뛰어난 내열 코팅 조성물, 이를 이용한 코팅제 및 이를 이용한 코팅방법에 관한 것이다.

제품 표면에 도막을 입힘으로써 제품의 기능을 향상시켜왔다. 도막의 일반적인 목적은 부식을 방지하기 위한 것이지만, 여기에 한정되지 않고 긁힘을 방지하거나, 전기적 특성을 부여하거나, 윤활성이 좋아지도록 하기 위한 것도 있다. 이렇듯 여러 산업분야에서 코팅제에 대한 개발은 지속적으로 이루어져 왔다.

본 발명은 특히 차량, 선박 또는 항공기 등에 사용되는 내연기관에서 배기부분에 사용되는 가스켓 표면에 적용 가능한 내열 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅제에 관한 것이다.

가스켓은 배기관에서 관을 연결하는 연결부위에 설치되는 것으로서 극한의 사용환경에 놓여진다. 예를 들어 배기가스와 상시 접하고 있어야 하며 심한 기계적 진동을 겪게 되며, 무엇보다 고열과 접하여야 한다.

열악한 환경에 있는 배기부분의 가스켓은 고열에 의해 배기관의 플랜지에 소착되거나 기밀성능이 저하되는 문제를 많이 겪는다. 배기관 자체도 쉽게 노후되므로 교체를 해주어야 하는데, 배관을 교체할 때에 가스켓이 배기관 사이에 소착된 경우에는 배기관을 분리해내기가 어려워 작업을 더디게 한다. 그리고 가스켓이 소착되는 경우에는 기밀성에도 악영향을 미쳐 배기가스의 누설이 있게 된다.

그러므로 가스켓에 고체윤활제를 사용하는 것을 고려해볼 수 있는데, 종래의 고체윤활제로는 층상구조나 라멜라(lamella)구조를 갖는 그라파이트(graphite), 몰리브덴 디설파이드(MoS₂), 이황화텅스텐(WS₂) 등을 생각해볼 수 있지만, 이들의 내열성은 1,000℃ 이상의 고온에는 적합하지 못하다.

대한민국 특허출원 제10-2005-0059635호

이러한 문제에 대한 본 발명의 목적은 고온 환경에 지속적으로 노출되는 내연기관의 배기관에 설치된 가스켓 표면에 적용할 수 있는 내열 코팅 조성물을 제공하는 것에 있다. 좀 더 구체적으로는 가스켓이 지속적으로 접하게 되는 고온 환경에서 소착되지 않아 기밀성이 저하되지 아니하며, 윤활성능이 뛰어나 배기관의 분해시 배기관 사이가 용이하게 분리될 수 있도록 하는 내열 코팅 조성물과 이를 이용한 코팅제, 그리고 상기 코팅제를 이용한 코팅방법을 제공하는 것에 목적이 있다.

위와 같은 목적은, 질화붕소(B/N, Boron Nitride)를 전체 중량에 대하여 60 ~ 90중량% 포함하며; 이산화티탄(TiO₂)을 전체 중량에 대하여 10 ~ 40 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 내열 코팅 조성물에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 이산화티탄을 대체하여 알루미나(Al₂O₃)가 같은 함량으로 포함될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 내열 코팅 조성물 전체에 대하여, 질화붕소(B/N, Boron Nitride) 60 ~ 90중량%; 이산화티탄(TiO₂) 5 ~ 20중량%; 알루미나(Al₂O₃) 5 ~ 20중량%; 로 포함하는 것을 특징으로 하여 달성된다.

본 발명의 다른 목적은 상기 내열 코팅 조성물을 이용한 것으로서, 상기 내열 코팅 조성물에 열가소성 바인더, 분산제, 소포제 등의 첨가제와 혼합하여 이루어진 코팅제에 의해 달성된다. 이 코팅제는 분산된 다음 가스켓 표면에 다양한 방법으로 코팅된 후 경화됨으로써 고정된다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 코팅제를 이용한 도포방법에 있어서,

질화붕소(B/N, Boron Nitride)를 내열 코팅 조성물에 대하여 60 ~ 70중량%로 포함하는 코팅제를 사용하되,

상기 코팅제를 1차적으로 피도물에 도포하는 1차도포단계;

1차적으로 도포한 도막을 경화시키는 1차경화단계;

질화붕소(B/N, Boron Nitride)를 내열 코팅 조성물에 대하여 80 ~ 90중량% 포함하는 코팅제를 사용하되, 상기 코팅제를 2차적으로 피도물에 도포하는 2차도포단계;

2차적으로 도포한 도막을 경화시키는 2차경화단계;

를 포함하는 코팅방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 고온 윤활성이 뛰어난 질화붕소를 함유하고 있는 내열 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅제, 그리고 상기 코팅제를 이용한 코팅방법이 제공된다. 본 발명에 의하면 내연기관의 배기관에 사용되는 가스켓에 적용시 고온에서 소착되지 않아 내구성이 좋으며 기밀성이 저하되지 아니한다. 또한 배기관의 노후에 따른 교체시 이형성이 좋기 때문에 노후 배기관을 쉽게 들어낼 수 있어 교체작업을 용이하게 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 방법에 의한 피도물의 층구조를 도시하는 단면구성도이다.

본 발명의 코팅제는 고온환경에서 사용된다. 특히 차량, 선박, 항공기 등의 내연기관에서 고온부에 해당하는 배기관의 가스켓 또는 패킹 등의 표면에 적용될 수 있다. 가스켓 또는 패킹은 실링을 위해 설치되는 것으로서, 통상 금속제 가스켓 표면에 본 발명의 코팅제가 적용된다. 다만 본 발명의 코팅제가 반드시 가스켓에 한정되어 사용되는 것은 아님은 물론이다. 즉 사용용도에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 아니 된다.

본 발명의 코팅제는 액상의 상태에서 스프레잉, 브러싱, 침지 등의 방법에 의해 피도물 표면에 도포된다. 코팅제를 도포한 다음에는 일반적인 코팅작업에서와 같이 오븐, 열풍기 등을 이용하여 도막을 건조 내지 경화시키는 과정을 밟는다.

본 발명의 코팅제는 내열 코팅 조성물을 포함하되, 상기 내열 코팅 조성물은 질화붕소(B/N, Boron Nitride)를 내열 코팅 조성물 전체 중량에 대하여 60 ~ 90중량% 포함한다. 내열 코팅 조성물은 이산화티탄(TiO₂)을 내열 코팅 조성물 전체 중량에 대하여 10 ~ 40 중량%로 포함할 수 있다. 내열 코팅 조성물은 분말 상태로 제공된다. 질화붕소와 이산화티탄은 코팅제로 만들기 전에 미리 혼합될 수도 있겠으나, 코팅제를 제조할 때에 비로소 바인더 등의 기저액에 차례로 또는 동시에 혼합될 수도 있다.

이렇게 구성된 내열 코팅 조성물은 열가소성 바인더, 분산제, 소포제 등의 첨가제와 혼합됨으로써 코팅제를 이루게 되는데, 코팅제로 혼합 제조된 상태에서 질화붕소가 바인더 전체에 고르게 분산되도록 하여야 한다.

도막의 두께가 얇은 관계로 질화붕소는 코팅제 내에서 분산이 잘 이루어져야 한다. 분산 방법으로는 비즈(beads) 또는 밀링을 이용한 분산방법이 사용될 수 있다.

본 발명은 바인더로서 열가소성 바인더를 사용하고 있는데, 이는 가스켓을 500 ~ 1,000℃의 온도에서 연속적으로 사용할 경우 고열에 의해 유기물질이 기화하여 소멸되도록 하기 위함이다. 즉, 열가소성 바인더는 500 ~ 1,000℃ 온도의 열에 의해 기화되어 소멸되는 유기물질이다. 이러한 유기물질이 소멸됨에 의해 코팅제의 소착이 일어나지 않게 되며, 따라서 기밀성을 그대로 유지할 수 있게 되는 것이다. 그리고 질화붕소는 그 고유한 윤활특성을 가지고 있으므로 가스켓은 배기관으로부터의 이형성이 좋게 된다.

본 발명에 의한 코팅제는 피도물 표면에 20 ~ 50㎛의 두께로 피복되며 1차 또는 수차에 걸쳐 도포될 수 있다. 도포방법은 다양하게 안출될 수 있으며, 도포 후에는 오븐이나 열풍기에 의해 경화된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 이산화티탄을 대체하여 알루미나(Al₂O₃)가 포함될 수 있다. 알루미나 역시 세라믹 계열로서 내열성 향상에 좋은 영향을 미치게 되며, 고가의 질화붕소를 대체할 수 있는 소재이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 내열 코팅 조성물은 질화붕소(B/N, Boron Nitride)를 내열 코팅 조성물 전체 중량에 대하여 60 ~ 90중량% 포함하되, 내열 코팅 조성물 전체 중량에 대하여 이산화티탄(TiO₂) 5 ~ 20중량%와, 알루미나(Al₂O₃) 5 ~ 20중량%를 포함할 수 있다.

본 발명에서의 이산화티탄(TiO₂) 또는 알루미나(Al₂O₃)는 바인더 등과 혼합된 상태에서 분상으로 된 질화붕소의 분산이 잘 이루어지도록 한다. 또한 고가의 질화붕소 일부를 보다 저가의 요소로 일부 대체함으로써 가격경쟁력을 높이기 위한 것이다. 또한 성분 간의 응집을 저해하여 분산작용이 잘 이루어지도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 전술한 코팅제를 이용한 코팅방법을 도 1을 참조하여 설명한다.

본 발명에 있어서, 코팅제는 전술한 바와 같으나 코팅방법에 있어서는 성분 조성을 약간 달리하는 코팅제를 이용하여 도포하는 것을 내용으로 한다. 즉, 본 발명의 코팅방법은 코팅제를 이용하되, 1차 도포시에 사용되는 코팅제와 2차 도포시에 사용되는 코팅제의 성분 조성이 약간 다른 코팅제를 이용한다.

본 발명의 코팅방법은, 상기와 같은 코팅제로서 내열 코팅 조성물, 열가소성 바인더, 분산제 및 소포제를 포함하는 코팅제를 이용하되, 상기 코팅제를 피도물(W)에 1차적으로 도포하여 하도층(10)을 형성하는 1차도포단계; 상기 1차적으로 도포한 도막을 경화시키는 1차경화단계; 상기 코팅제를 피도물(W)에 2차적으로 도포하여 상도층(20)을 형성하는 2차도포단계; 및 상기 2차적으로 도포한 도막을 경화시키는 2차경화단계;를 포함한다.
이때, 상기 하도층(10)의 형성을 위해 1차적으로 도포하는 코팅제는 내열 코팅 조성물, 열가소성 바인더, 분산제 및 소포제를 포함하되, 상기 내열 코팅 조성물은 내열 코팅 조성물 전체 중량에 대하여 질화붕소를 60 ~ 70중량%로 포함한다.
또한, 상기 상도층(20)의 형성을 위해 2차적으로 도포하는 코팅제는 내열 코팅 조성물, 열가소성 바인더, 분산제 및 소포제를 포함하되, 상기 내열 코팅 조성물은 내열 코팅 조성물 전체 중량에 대하여 질화붕소를 80 ~ 90중량%로 포함한다.
이는 상대물과의 접촉시 윤활성을 더욱 좋게 하기 위하여 표면에 배치되는 상도층(20)에는 질화붕소의 함유량이 많은 것으로 하고, 피도물에 접해있는 하도층(10)에는 질화붕소의 함유량이 상대적으로 적은 코팅제를 이용하여, 상도층(20)에 포함된 질화붕소의 함유량이 하도층(10)에 포함된 질화붕소의 함유량보다 많게 한다. 그리고 도막의 전체 두께는 40 ~ 50㎛가 적당하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 1차도포단계에 사용되는 코팅제는 피도물(W)과의 접착력을 향상시키기 위한 접착제가 코팅제에 대하여 5 ~ 10중량%로 더 포함될 수 있다. 접착제로는 세라믹접착제가 바람직하다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

10 : 하도층 20 : 상도층
W : 피도물

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 질화붕소(B/N, Boron Nitride)를 포함하는 내열 코팅 조성물;
   열가소성 바인더;
   분산제; 및
   소포제;를 포함하는 코팅제를 이용한 코팅방법으로서,
   상기 코팅제를 피도물(W)에 1차적으로 도포하여 하도층(10)을 형성하는 1차도포단계;
   상기 1차적으로 도포한 도막을 경화시키는 1차경화단계;
   상기 코팅제를 피도물(W)에 2차적으로 도포하여 상도층(20)을 형성하는 2차도포단계; 및
   상기 2차적으로 도포한 도막을 경화시키는 2차경화단계;를 포함하고,
   상기 하도층(10)의 형성을 위해 1차적으로 도포하는 코팅제는 내열 코팅 조성물, 열가소성 바인더, 분산제 및 소포제를 포함하되, 상기 내열 코팅 조성물은 내열 코팅 조성물 전체 중량에 대하여 질화붕소를 60 ~ 70중량%로 포함하며,
   상기 상도층(20)의 형성을 위해 2차적으로 도포하는 코팅제는 내열 코팅 조성물, 열가소성 바인더, 분산제 및 소포제를 포함하되, 상기 내열 코팅 조성물은 내열 코팅 조성물 전체 중량에 대하여 질화붕소를 80 ~ 90중량%로 포함하여,
   상기 상도층(20)에 포함된 질화붕소의 함유량이 하도층(10)에 포함된 질화붕소의 함유량보다 많게 하고,
   상기 하도층(10)의 형성을 위해 1차적으로 도포하는 코팅제는 세라믹접착제를 더 포함하며,
   상기 열가소성 바인더는 500 ~ 1,000℃ 온도의 열에 의해 기화되어 소멸되는 유기물질인 것을 특징으로 하는 코팅방법.
   

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