KR101860765B1 - 서리 방지 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

물체의 표면에 부착된 서리가 박리되기 쉽게 하는 도료 조성물을 제공한다. 물체 표면에 도막을 형성함으로써 착상된 서리가 박리 제거되기 쉽도록 하여 서리가 성장하여 거대화되는 것을 방지하는 도료 조성물로서, 불소 수지계 도료 등의 발수성 도료 조성물에 적외선을 흡수함과 함께 색상에 영향을 미치지 않는 안티몬이 도핑된 산화 주석 또는 인듐 주석 산화물을 도료 성분에 대하여 0.2 ~ 0.5 질량% 첨가함으로써 표면에 부착된 서리가 박리되기 쉬워진다.

Description

서리 방지 도료 조성물{FROST PREVENTIVE COATING COMPOSITION}

본 발명은 풍차의 블레이드 등의 물체 표면에 서리, 눈 등의 물이 고체가 되어 부착되는 것을 억제하거나 또는 부착된 서리 등이 박리 제거되기 쉽게 하는 도료 조성물에 관한 것이다.

풍력 발전용 풍차는 산등성이나 해안 등의 습도가 높고 한난의 차가 큰 지역에 건설되기 때문에 기온이 저하되었을 때에 서리가 블레이드 표면에 부착되어 성장하고, 또한 서리가 블레이드 표면에 부착됨으로써 눈이 부착되기 쉬워져 블레이드의 에지 부근에 눈이 부착되어 블레이드의 각도를 바꾸어, 블레이드가 받는 바람이 유효하게 블레이드의 회전에 이용되지 않게 되거나 블레이드 회전의 저항이 되어 발전 효율을 저하시키는 경우가 있다.

풍력 발전에 사용되는 풍차의 블레이드는 섬유 강화 플라스틱(FRP)제인 것이 많고, 표면 처리되지 않은 FRP제의 블레이드에는 서리가 부착되기 쉽다. 블레이드에 부착되어 성장한 서리는 기온의 상승에 따라 용융되고, 또한 기온의 저하에 따라 재동결되어 커져 가거나 또한 눈이 부착되어 간다. 기온이 상승하여 블레이드에 대한 부착력이 약해졌을 때에 블레이드가 회전하면 부착되어 있던 서리가 덩어리져 비산하여 인적 또는 물적 손해를 일으킬 가능성이 있다.

물이 얼음이 되어 물체 표면에 부착되는 착빙 현상 및 눈이 물체에 부착되는 착설 현상에 대해서도 동일한 문제가 발생하고 있으며, 착빙 및 착설의 억제, 또한 착빙을 용이하게 제거할 수 있도록 하는 방법이 제안되고 있다.

착상(着霜)이나 착빙의 문제를 개선하기 위하여 부재 표면을 친수화 처리함으로써 물의 접촉각을 작게 함과 함께 물이 부재 표면에 고이는 일이 없도록 하는 기술이 개발되고 있으며, 합성 실리카와 수성 도료를 병용하는 것이 특허문헌 1(일본 특허공개공보 소55-164264 호)에 개시되어 있다.

특허문헌 2(일본 특허공개공보 평10-168381 호)에는, 실리카 대신에 알루미나졸을 이용한 고친수성 도료가 개시되어 있다. 또, 유기계의 표면 처리제를 사용하여 부재 표면에 피막을 형성하는 것도 제안되어 있다.

도막에 이용하는 도료 조성물로서, 바인더 수지와 발수성 미립자를 혼합한 도료 조성물이 제안되어 있다. 이 도료 조성물의 바인더용 수지는 용제 가용형 불소 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 실리콘 수지이며, 발수성 미립자는 불소 수지 분말(폴리테트라플루오로에틸렌, PTFE), 실리콘 레진계 분말, 발수성 실리카 분말, 불화 그라파이트, 불화 피치 등이다.

도료 조성물을 이용하여 한랭 지역에 있어서의 구조물 표면이 난착상성(難着霜性) 혹은 서리 제거 용이성을 갖도록 하려면, 물체 표면에 발수성이 우수한 도막을 형성함으로써 물체 표면의 표면 자유 에너지를 작게 하여, 물과의 친화성을 저하시킴으로써 물체 표면을, 발수성을 갖도록 개질하는 것에 의하여 서리 등의 부착을 억제한다.

서리, 눈 및 얼음은, 물이 기체로부터 고체, 또, 액체로부터 고체로 변태할 때의 환경 조건에 따라 상이한 명칭을 붙이고 있는 것이며, 물체 표면에 대한 고체가 된 물의 부착이라는 관점에서는 동일하다고 간주할 수 있으므로, 이하 이것을 서리로 통칭하기로 한다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개공보 소55-164264 호 특허문헌 2 : 일본 특허공개공보 평10-168381 호 특허문헌 3 : 일본 특허공개공보 2011-219653 호

발수성 도료의 막을 물체 표면에 형성함으로써 물체 표면에 대한 착상(着霜)을 방지하는 것이 제안되고 있는데, 도료의 발수성을 높이는 것에만 주목되고 있었지만, 표면에 도포한 도료의 종류를 바꾸어도 서리의 부착은 기온에 좌우되어, 부착 자체는 대략 동일하다는 것이 항온실 내를 -30 ~ -25 ℃로 유지하고, 수분을 분사 공급하여 복수의 도료를 도포한 날개에 대한 실험 결과로부터 확인되었기 때문에, 발수성을 높여 서리의 부착을 방지하는 것이 아니라, 발수성 도료 도막이 형성된 부재 표면에 부착된 서리가 박리되기 쉽게 하는 것을 과제로 하는 것이다.

물체 표면에 부착된 서리가 박리되기 쉽게 하는 발수성 도료 조성물에 적외선 흡수제를 첨가함으로써, 더욱 서리가 박리되기 쉽게 한 것이다.

적외선 흡수제는, 안티몬이 도핑된 산화 주석 또는 인듐 주석 산화물 중 어느 하나이며, 소량의 첨가인 경우, 도막의 색상을 바꾸는 일은 없다.

적외선 흡수제인 안티몬이 도핑된 산화 주석 또는 인듐 주석 산화물 중 어느 하나를 불소 수지계 도료 등의 발수성 도료에 대해서 0.2 ~ 0.5 질량%의 혼합 비율로 함으로써, 충분한 서리 박리성이 얻어진다.

적외선 흡수제를 발수성 도료에 첨가함으로써, 적외선 흡수제가 열선인 적외선을 흡수하므로 도막의 온도가 상승하여, 도막의 발수성 효과와 어우러져 도막의 표면으로부터 서리가 박리되기 쉬워지므로, 용융 재동결의 반복에 의하여 서리가 크게 성장하기 전에 박리시킬 수 있으므로, 성장한 서리가 물체 표면에 형성되는 일이 없다.

풍차의 블레이드 표면에 본 발명의 도료 조성물을 적용한 경우, 블레이드 표면의 성장한 서리에 의한, 바람의 동력으로의 변환 효율의 저하를 방지할 수 있어, 블레이드 회전의 저항이 되는, 성장한 서리의 형성을 저지할 수 있으므로 서리에 의한 발전 효율의 저하를 방지할 수 있다.

안티몬이 도핑된 산화 주석(ATO)은 소량의 산화 안티몬을 함유하는 산화 주석이며, 인듐 주석 산화물(ITO)은 인듐과 주석의 복합 산화물이다. 이들 적외선 흡수제는 모두 도전성을 가지는 산화물 반도체이며, CVD나 스퍼터링에 의하여 성막한 ATO 또는 ITO막은 투명 도전막으로서, 또, 분말은 도전성 분말로서 이용되어 왔다. 예를 들면 플라스틱, 고무, 도료 등의 기재에 대전 방지성 또는 도전성을 부여하기 위하여 분말을 배합하는 일이 행해지고 있으며, 분말의 평균 입경이 0.2 ㎛(200 ㎚) 이하이고 첨가량이 소량이면 기재의 색조 또는 투명성을 해치는 일이 없는 것이다.

또, 적외선을 흡수하는 점에서, 적외선 차단재로서도 사용되고 있다.

발수성 도료로서 불소 수지계 도료, 폴리우레탄 수지계 도료, 아크릴우레탄 수지계 도료의 백색 도료에, 각각 ATO(ITO) 분말을 도료에 대해서 0 ~ 0.8 질량%의 비율로 첨가한 것을 금속제 및 수지제의 회전 날개에 도포하여, 항온실에 있어서 실온을 -25 ℃로 하고, 수분을 공중에 분무하여 서리를 날개의 전체면에 부착한 것을 확인하고, 항온실의 온도를 5 ℃로 하여 적외선을 2분 조사하여 날개 표면의 서리 상태를 관찰했다. 각 도료의 배합 비율을 표 1에 나타낸다.

	불소 수지계 도료(주제)	폴리우레탄 수지계 도료(주제)	아크릴우레탄 수지계 도료(주제)
불소계 수지	30	-	-
폴리에스테르 폴리올 수지	-	20	-
아크릴폴리올 수지	-	-	30
산화티탄 방향족계 용제	25 -	25 -	20 35
케톤계 용제	5	15	-
에스테르계 용제	20	15	5
	불소 수지계 도료(경화제)	폴리우레탄 수지계 도료(경화제)	아크릴우레탄 수지계 도료(경화제)
무황변 이소시아네이트	20	25	10

시험 결과를 표 2 ~ 표 7에 나타낸다.

수치는 적외선 조사 후의 날개면에 잔류하고 있는 서리의 비율이며, 0은 날개면에 서리의 잔류가 없는 것을 나타내고, 100은 서리가 모두 날개면에 잔류하고 있는 것을 나타낸다.

또, 색상을 육안으로 확인하여, 백색으로서 판단할 수 있는 레벨을 확인했다.

불소 수지계 도료 + ATO 첨가

ATO의 첨가량 (질량%)	0	0.1	0.2	0.5	0.8
서리의 잔류 비율 %	40	20	0	0	0
색상의 확인	O	O	O	O	X

O : 백색으로 확인된다. X : 백색으로 확인되지 않는다.

불소 수지계 도료 + ITO 첨가

ITO의 첨가량 (질량%)	0	0.1	0.2	0.5	0.8
서리의 잔류 비율 %	40	10	0	0	0
색상의 확인	O	O	O	O	X

O : 백색으로 확인된다. X : 백색으로 확인되지 않는다.

폴리우레탄 수지계 도료 + ATO 첨가

ATO의 첨가량 (질량%)	0	0.1	0.2	0.5	0.8
서리의 잔류 비율 %	95	30	0	0	0
색상의 확인	O	O	O	O	X

O : 백색으로 확인된다. X : 백색으로 확인되지 않는다.

폴리우레탄 수지계 도료 + ITO 첨가

ITO의 첨가량 (질량%)	0	0.1	0.2	0.5	0.8
서리의 잔류 비율 %	95	20	0	0	0
색상의 확인	O	O	O	O	X

O : 백색으로 확인된다. X : 백색으로 확인되지 않는다.

아크릴우레탄 수지계 도료 + ATO 첨가

ATO의 첨가량 (질량%)	0	0.1	0.2	0.5	0.8
서리의 잔류 비율 %	100	45	0	0	0
색상의 확인	O	O	O	O	X

O : 백색으로 확인된다. X : 백색으로 확인되지 않는다.

아크릴우레탄 수지계 도료 + ITO 첨가

ITO의 첨가량 (질량%)	0	0.1	0.2	0.5	0.8
서리의 잔류 비율 %	100	35	0	0	0
색상의 확인	O	O	O	O	X

O : 백색으로 확인된다. X : 백색으로 확인되지 않는다.

<시험의 결과>

적외선 흡수제를 도료에 대해서 0.2 질량% 이상 첨가함으로써 서리가 박리되기 쉽고, 색상을 고려하면 0.2 ~ 0.5 질량%로 함으로써, 부착된 서리가 박리되기 쉬운 것이 판명되었다.

불소 수지계 도료로서는, 항공기용으로서 사용되고 있는 불소 폴리올을 주제로 하고, 안료로서 산화 티탄, 첨가제와 경화제로서의 비황변 이소시아네이트 및 용제로 이루어지는 도료 조성물이 바람직하다.

적외선을 흡수하는 안티몬이 도핑된 산화 주석 분말의 평균 입경은, 서리의 박리성에 대해서는 큰 영향이 없어, 평균 입경을 0.2 ㎛ 이하로 하여 도료의 색상에 영향을 미치기 어렵게 하는 것이 바람직하다.

폴리우레탄 수지계 도료는, 폴리에스테르폴리올을 주제로 하고, 안료로서 산화티탄, 첨가제와 경화제로서 비황변 이소시아네이트 및 용제로 이루어지는 도료 조성물이 바람직하다.

아크릴우레탄 수지계 도료는, 아크릴폴리올을 주제로 하고, 안료로서 산화 티탄, 첨가제와 경화제로서 비황변 이소시아네이트 및 용제로 이루어지는 도료 조성물이 바람직하다.

Claims (4)

1. 물체의 표면에 부착된 서리의 박리성을 높이는 도료 조성물로서, 발수성 도료인 불소 수지계 도료에 평균 입경이 0.2 ㎛ 이하인 안티몬이 도핑된 산화 주석 또는 인듐 주석 산화물 중 어느 것을, 발수성 도료에 대해서 0.2 ∼ 0.5 wt％ 첨가한 도료 조성물.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   물체가 풍차 블레이드인 도료 조성물.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항의 도료 조성물을 풍차 블레이드에 도포하는 도료 조성물의 사용 방법.
   
4. 제 1 항의 도료 조성물이 도포된 풍차 블레이드.