KR102095115B1 - Self-healing silicon insulator and manufacturing method for thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자가치유 실리콘 절연체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 절연수지와 상기 절연수지에 분산되어 포함되고 상기 절연수지에 보이드(void) 및 크랙(crack) 발생시, 발생 및 진전하는 전기트리에 의해 파괴되고 코어재를 방출하여 상기 보이드 및 크랙을 복원하는 마이크로 캡슐을 포함한다.
본 발명은 절연체의 손상 발생시 자가치유 특성을 가지므로 전력 케이블, 접속함 내부의 절연체 등에 적용되어 외부의 다양한 환경변화로 절연체에 손상이 발생하는 경우 용이하게 자가치유할 수 있는 이점이 있다.
The present invention relates to a self-healing silicone insulator and a method for manufacturing the same, which is dispersed in the insulating resin and the insulating resin, and when voids and cracks occur in the insulating resin, it is destroyed by an electric tree that is generated and propagates. And microcapsules to release the core material to restore the voids and cracks.
Since the present invention has a self-healing property when damage to the insulator occurs, it is applied to power cables, insulators inside the junction box, etc., and thus has the advantage of being easily self-healing when damage to the insulator occurs due to various external environmental changes.

Description

자가치유 실리콘 절연체 및 그 제조방법{SELF-HEALING SILICON INSULATOR AND MANUFACTURING METHOD FOR THEREOF}Self-healing silicone insulator and its manufacturing method {SELF-HEALING SILICON INSULATOR AND MANUFACTURING METHOD FOR THEREOF}

본 발명은 자가치유 실리콘 절연체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 캡슐을 이용한 자가치유 특성을 가지는 자가치유 실리콘 절연체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a self-healing silicone insulator and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a self-healing silicone insulator having a self-healing property using a microcapsule and a manufacturing method thereof.

지중화 선로의 초고압 지중 케이블을 전기적, 기계적으로 연결하는 역할을 하는 중간접속함은 크게 에폭시 절연물과 고무 스트레스콘의 조합으로 되어, 기계적, 전기적 성능을 유지한다. 에폭시 절연물은 미가교 폴리에틸렌을 사용하여 현장에서 가교시키는 TMJ(tape molded joint), 에폭시와 EPDM 고무의 복합 절연구조를 가지고 있는 PJ(Prefabricated Joint), 그리고 EPDM 또는 실리콘 고무를 단독으로 사용하는 PMJ(Premolded Joint)가 주로 사용된다.The intermediate junction box, which serves to electrically and mechanically connect the ultra-high voltage underground cables of the underground line, is a combination of epoxy insulation and rubber stress cones to maintain mechanical and electrical performance. Epoxy insulation is a TMJ (tape molded joint) that crosslinks in the field using uncrosslinked polyethylene, a prefabricated joint (PJ) that has a composite insulation structure of epoxy and EPDM rubber, and PMJ (premolded) that uses EPDM or silicone rubber alone. Joint) is mainly used.

그런데 최근 들어 지중 송전설비(예:지중 케이블)의 고장 발생이 증가하는 추세이며, 이중 중간 접속함은 전체 고장의 58%로 높은 점유율을 나타내고 있다.However, in recent years, the occurrence of failures in underground transmission facilities (eg, underground cables) has increased, and among them, the middle junction box has a high share of 58% of all failures.

중간 접속함의 주요 고장은 다양한 원인으로 해석되나, 대표적으로 절연체 내부의 크랙(Crack)이나 동공(void), 이물질 및 실리콘 반도전/절연부의 박리, 반도전부 돌기 등으로부터 전기트리의 전진에 의한 것으로 알려져 있어 이에 대한 해결방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.The major failure of the intermediate junction box is interpreted as various causes, but it is known that it is caused by the advancement of the electric tree from cracks, voids, foreign substances and silicon semiconducting / insulating parts, and semiconducting protrusions. Therefore, a solution to this is urgently required.

본 발명의 목적은 절연체의 성능을 저하시키지 않으면서 절연체의 손상 발생시 자가치유 특성을 가지도록 마이크로 캡슐을 이용한 자가치유 특성을 가지는 자가치유 실리콘 절연체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a self-healing silicone insulator having a self-healing property using a microcapsule so as to have self-healing properties when damage to the insulator occurs without deteriorating the performance of the insulator and a method of manufacturing the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 절연수지와 상기 절연수지에 분산되어 포함되고 상기 절연수지에 보이드(void) 및 크랙(crack) 발생시, 발생 및 진전하는 전기트리에 의해 파괴되고 코어재를 방출하여 상기 보이드 및 크랙을 복원하는 마이크로 캡슐을 포함한다.According to the features of the present invention for achieving the above object, the present invention is dispersed in the insulating resin and the insulating resin, and when the voids and cracks occur in the insulating resin, electricity generated and propagates And microcapsules that are destroyed by the tree and release the core material to restore the voids and cracks.

상기 마이크로 캡슐은 자가치유 코어재와 상기 코어재를 감싸는 셀로 이루어지며, 상기 셀의 파괴에 의해 상기 코어재를 방출한다.The microcapsule comprises a self-healing core material and a cell surrounding the core material, and releases the core material by destruction of the cell.

상기 마이크로 캡슐은 코어재가 서로 상이한 캡슐 A와 캡슐 B를 포함하고, 상기 캡슐 A의 코어재와 상기 캡슐 B의 코어재가 가교반응하여 상기 보이드 및 크랙을 복원한다.The microcapsule includes capsule A and capsule B having different core materials, and the core material of the capsule A and the core material of the capsule B are crosslinked to restore the voids and cracks.

상기 캡슐 A는 코어재가 에폭시인 에폭시 캡슐이고, 상기 캡슐는 코어재가 아민계인 아민계 캡슐이며, 상기 에폭시 캡슐과 아민계 캡슐은 코어재가 2:1의 무게비를 갖는다.The capsule A is an epoxy capsule in which the core material is epoxy, the capsule is an amine-based capsule in which the core material is an amine, and the epoxy capsule and the amine-based capsule have a weight ratio of 2: 1 in the core material.

상기 코어재는 하이드로카본 기반의 아민 코어재 및 하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재 중 선택된 1종이고, 상기 셀(캡슐 외벽)은 MUF 캡슐, UF 캡슐, 에폭시 캡슐, 폴리우레탄 캡슐, 실리카 코팅된 MUF 캡슐 중 선택된 1종이다.The core material is one selected from a hydrocarbon-based amine core material and a hydrocarbon-based epoxide core material, and the cell (the outer wall of the capsule) is a MUF capsule, a UF capsule, an epoxy capsule, a polyurethane capsule, a silica coated MUF capsule It is one selected from.

상기 하이드로카본 기반의 아민 코어재는 p-Toluenesulfonyl chloride와 4,7,10-trioxa-1,13-diamine을 이용하여 합성한 것이다.The hydrocarbon-based amine core material is synthesized using p-Toluenesulfonyl chloride and 4,7,10-trioxa-1,13-diamine.

상기 하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재는 bisphenol A diglycidyl ether와 PEG를 이용하여 말단의 하이드록시기를 포함하는 코어재, Terephthaloyl chloride 와 diethyleneglycol을 이용하여 말단에 하이드록시기를 포함하는 코어재, Terephthaloyl chloride (DEG) 와 epichlorohydrin을 이용하여 말단에 에폭사이드 그룹을 포함하는 코어재 중 선택된 1종이다.The hydrocarbon-based epoxide core material is a core material including a terminal hydroxyl group using bisphenol A diglycidyl ether and PEG, a core material including a hydroxyl group at the end using Terephthaloyl chloride and diethyleneglycol, Terephthaloyl chloride (DEG) And epichlorohydrin is one selected from core materials containing epoxide groups at the ends.

상기 마이크로 캡슐은 상기 코어재 대비 셀의 중량비가 1:2~1:5 범위이다.The microcapsule has a weight ratio of the cell to the core material in a range of 1: 2 to 1: 5.

상기 마이크로 캡슐은 크기가 140~280㎛ 범위이다.The microcapsule has a size of 140 to 280 µm.

코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐과 코어재가 아민계인 마이크로 캡슐을 제조하는 단계와 상기 코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐과 코어재가 아민계인 마이크로 캡슐을 절연수지에 배합하고 교반하여 균일 배합한 후, 압출 가공하여 절연체로 제조하는 단계를 포함한다.A step of preparing a microcapsule having an epoxy core material and an amine-based microcapsule, and mixing the microcapsule having an epoxy core material and a microcapsule having an amine-based core material in an insulating resin, stirring and uniformly mixing it, extruding it into an insulator. And manufacturing.

상기 코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐은 증류수에 요소(urea), 외벽강화제, 암모늄, EMA를 첨가하고 pH를 맞춰 셀을 형성하는 단계와 상기 증류수에 코어재를 더 첨가하고 교반하는 단계와 교반 후 상기 증류수에 포름알데히드를 첨가하고 교반하는 단계와 상기 증류수에 가라앉은 캡슐을 수득하는 단계를 포함한다.The microcapsule, wherein the core material is epoxy, adds urea, outer wall strengthening agent, ammonium, and EMA to distilled water and adjusts the pH to form a cell, and further adds and stirs the core material to the distilled water, and agitates the distilled water after stirring. And adding formaldehyde to the mixture, followed by stirring, and obtaining a capsule submerged in the distilled water.

상기 교반은 600~800rpm으로 수행한다.The stirring is performed at 600-800 rpm.

실리카 코팅 전구체를 더 첨가하여 상기 캡슐을 실리카 코팅한다.The capsule is silica coated by further adding a silica coating precursor.

상기 코어재가 아민계인 마이크로 캡슐은 내부가 비어있는 홀 캡슐(Hollow capsule)을 제조하는 단계와 상기 홀 캡슐을 아민용액이 담겨있는 수조에 담그고 진공을 가하여 상기 홀 캡슐에 아민용액이 채워지게 하는 단계와 상기 수조 바닥에 가라앉은 캡슐을 수득하는 단계를 포함한다.The core material of the amine-based microcapsule is a step of manufacturing a hollow capsule having a hollow inside (hollow capsule) and dipping the hole capsule in a water tank containing an amine solution and applying vacuum to fill the hole capsule with an amine solution. And obtaining a capsule that has sunk to the bottom of the water tank.

본 발명은 절연체의 성능을 저하시키지 않으면서 절연체의 손상 발생시 자가치유 특성을 가지도록 마이크로 캡슐을 이용한 자가치유 특성을 가진다.The present invention has a self-healing property using a microcapsule so as to have self-healing properties when damage to the insulation occurs without deteriorating the performance of the insulation.

따라서 본 발명은 초고압 케이블을 연결시켜주는 중간접속함 내부의 실리콘 절연체나, 스트레스콘, 초고압 케이블의 피복, 송전계통의 케이블 시스템 등의 내부첨가제등으로 사용되어 외부의 다양한 환경변화로 손상이 발생하는 경우에도 이를 용이하게 자가치유 하도록 할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention is used as an internal insulator such as a silicone insulator inside an intermediate junction box connecting a high-voltage cable, a stress cone, a coating of an ultra-high-voltage cable, and a cable system of a transmission system, which causes damage due to various external environmental changes. Even in this case, there is an effect that can be easily self-healing.

또한 본 발명은 (초)고압 케이블을 접속시 현장에서 발생하는 내/외부 스크래치의 손상복원, 절연체 내/외부의 crack 또는 동공(void)을 기점으로 한 전기트리의 진전완화 또는 진전억제가 가능하므로 절연물의 파괴로 인한 사회적·경제적 손실 등을 효과적으로 대응할 수 있다.In addition, according to the present invention, when the (ultra) high voltage cable is connected, damage to the internal / external scratches generated in the field, cracks or voids in / out the insulator can be used to mitigate or suppress the progress of the electric tree based on the void. It can effectively respond to social and economic losses caused by the destruction of insulation.

도 1은 본 발명에 의한 자가치유 실리콘 절연체의 개념도.
도 2는 p-Toluenesulfonyl chloride의 NMR spectra 그래프.
도 3은 4,7,10-trioxa-1,13-diamine의 NMR spectra 그래프.
도 4는 5시간 동안 반응 진행 후 product NMR spectra 그래프.
도 5는 4,7,10-trioxa-1,13-diamine과 product의 TGA 분석 그래프.
도 6은 2시간동안 반응 진행 후 product의 NMR spectra 그래프.
도 7은 4시간 동안 반응 진행 후 product NMR spectra 그래프.
도 8은 반응 진행 후, product NMR spectra 그래프이다.
도 9는 terephthaloyl chloride(DEG)와 말단에 epichlorohydrin을 합성한 product TGA 그래프.
도 10은 UF 캡슐 합성모식도.
도 11은 최종 수득한 UF 캡슐의 합성 반응 화학식.
도 12는 UF 캡슐의 shell monomer와 core물질 함량비에 따른 캡슐사이즈 그래프.
도 13는 UF 캡슐의 교반속도에 따른 캡슐 사이즈 조절 그래프.
도 14는 코어물질의 점도에 따른 캡슐사이즈 조절이 그래프.
도 15는 UF캡슐의 열적안정성 분석 그래프 및 OM 사진.
도 16은 코어함량별 UF캡슐의 표면상태를 보인 SEM 사진
도 17은 코어함량이 가장 많은 캡슐의 두께를 보인 SEM 사진
도 18은 두 종류의 캡슐이 많은 곳과 적은 곳을 각각 자가치유 특성 확인한 사진
1 is a conceptual diagram of a self-healing silicone insulator according to the present invention.
2 is an NMR spectra graph of p-Toluenesulfonyl chloride.
3 is an NMR spectra graph of 4,7,10-trioxa-1,13-diamine.
Figure 4 is a product NMR spectra graph after the reaction progress for 5 hours.
5 is a TGA analysis graph of 4,7,10-trioxa-1,13-diamine and product.
6 is a NMR spectra graph of a product after 2 hours of reaction.
7 is a product NMR spectra graph after the reaction proceeds for 4 hours.
8 is a product NMR spectra graph after reaction progress.
Figure 9 is a product TGA graph synthesized terephthaloyl chloride (DEG) and epichlorohydrin at the end.
10 is a schematic diagram of the synthesis of UF capsules.
11 is a synthetic reaction formula of the final obtained UF capsule.
12 is a graph of the capsule size according to the content ratio of the shell monomer and the core material of the UF capsule.
13 is a capsule size control graph according to the stirring speed of the UF capsule.
14 is a graph of the capsule size control according to the viscosity of the core material.
15 is a graph of thermal stability analysis of UF capsules and OM pictures.
Figure 16 is a SEM photograph showing the surface condition of the UF capsules by core content
Figure 17 is a SEM photograph showing the thickness of the capsule with the most core content
Figure 18 is a photograph confirming the self-healing characteristics of the place where there are a lot of capsules of two types and less

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자가치유 실리콘 절연체는 절연수지에 자가치유 특성을 가지는마이크로 캡슐을 분산 포함한다. 마이크로 캡슐은 절연수지에 보이드(void) 및 크랙(crack) 발생시, 발생 및 진전하는 전기트리에 의해 파괴되고 코어재를 방출하여 보이드 및 크랙을 복원한다. As shown in Fig. 1, the self-healing silicone insulator of the present invention includes dispersing a microcapsule having self-healing properties in an insulating resin. When the voids and cracks occur in the insulating resin, the microcapsules are destroyed by the generated and advancing electric tree and release the core material to restore the voids and cracks.

전기트리는 절연체에 보이드나 크랙이 발생하면 보이드나 크랙에 전계가 집중하여 트리모양으로 절연체가 파괴되는 것을 말한다. 따라서 트리모양으로 전진하는 전계에 의한 외력, 전기적 힘, 온도 등에 의해 마이크로 캡슐이 파괴되는 경우 마이크로 캡슐 내부의 코어재를 방출할 수 있다.The electric tree means that when voids or cracks occur in the insulator, the electric field is concentrated in the voids or cracks and the insulator is destroyed in a tree shape. Therefore, when the microcapsule is destroyed by external force, electric force, temperature, etc. due to an electric field advancing in a tree shape, the core material inside the microcapsule can be released.

절연수지는 실리콘, 고무, 엘라스토머 중 선택된 1종 이상으로 될 수 있다.The insulating resin may be one or more selected from silicone, rubber, and elastomer.

마이크로 캡슐은 자가치유 코어재와 코어재를 감싸는 셀로 이루어지며, 셀의 파괴에 의해 코어재를 방출한다. 셀은 캡슐 외벽에 해당하며 셀의 파괴가 있는 경우 셀 내부의 코어재가 방출된다.The microcapsule consists of a self-healing core material and a cell surrounding the core material, and releases the core material by destruction of the cell. The cell corresponds to the outer wall of the capsule, and if there is destruction of the cell, the core material inside the cell is released.

마이크로 캡슐은 코어재가 서로 상이한 캡슐 A와 캡슐 B를 포함하고, 캡슐 A의 코어재와 캡슐 B의 코어재가 가교반응하여 보이드 및 크랙을 복원한다. The microcapsule contains capsule A and capsule B having different core materials, and the core material of capsule A and the core material of capsule B are crosslinked to restore voids and cracks.

코어재는 아민계와 에폭시를 포함한다. 에폭시는 보이드를 복원하는 절연물로 기능하고, 아민계는 에폭시와 가교반응하여 에폭시를 경화한다. 아민계에 존재하는 활성 수소와 에폭시 관능기 부분이 반응하여 생성되는 가교구조에 의해 에폭시가 경화하며 가교반응으로 인해 구조가 치밀해지므로 경화물의 성능이 우수하다.The core material includes amine and epoxy. Epoxy functions as an insulator to restore voids, and the amine-based crosslinks with the epoxy to cure the epoxy. The epoxy is cured by the crosslinking structure generated by the reaction of the active hydrogen and the epoxy functional group present in the amine system, and the structure becomes dense due to the crosslinking reaction, so the performance of the cured product is excellent.

절연수지에 보이드(void) 및 크랙(crack) 발생시, 보이드 및 크랙이 자가복원(자가치유)되기 위해서는 아민계와 에폭시 코어재를 각각 셀이 감싸는 캡슐 구조로 제작하고, 전기트리에 의해 셀이 파괴되어 아민계 코어재와 에폭시 코어재를 각각 방출할 수 있게 하는 것이 중요하다.When voids and cracks occur in the insulating resin, in order for the voids and cracks to self-restore (self-healing), an amine-based and epoxy core material is manufactured in a capsule structure surrounding the cell, and the cell is destroyed by an electric tree. It is important to be able to release the amine-based core material and the epoxy core material, respectively.

마이크로 캡슐은 코어재와 셀을 합성하여 제작한다.The microcapsule is produced by synthesizing a core material and a cell.

코어재는 하이드로카본 기반의 아민 코어재 및 하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재 중 선택된 1종이고, 셀(캡슐 외벽)은 MUF 캡슐, UF 캡슐, 에폭시 캡슐, 폴리우레탄 캡슐, 실리카 코팅된 MUF 캡슐 중 선택된 1종이다. The core material is one selected from amine core materials based on hydrocarbons and epoxide core materials based on hydrocarbons, and the cell (outer wall of the capsule) is selected from MUF capsules, UF capsules, epoxy capsules, polyurethane capsules, and silica coated MUF capsules. It is one.

하이드로카본 기반의 아민 코어재와 MUF 캡슐, UF 캡슐, 에폭시 캡슐, 폴리우레탄 캡슐, 실리카 코팅된 MUF 캡슐 중 선택된 1종을 합성하여 아민계 코어재를 갖는 마이크로 캡슐을 제작할 수 있다. Hydrocarbon-based amine core materials and MUF capsules, UF capsules, epoxy capsules, polyurethane capsules, silica coated MUF capsules can be synthesized to synthesize a selected one of the amine-based core material to produce a microcapsule.

하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재와 MUF 캡슐, UF 캡슐, 에폭시 캡슐, 폴리우레탄 캡슐, 실리카 코팅된 MUF 캡슐 중 선택된 1종을 합성하여 에폭시 코어재를 갖는 마이크로 캡슐을 제작할 수 있다.A microcapsule having an epoxy core material can be produced by synthesizing a hydrocarbon-based epoxide core material and one selected from MUF capsules, UF capsules, epoxy capsules, polyurethane capsules, and silica coated MUF capsules.

아민계 코어재를 갖는 마이크로 캡슐을 캡슐 A, 에폭시 코어재를 갖는 마이크로 캡슐을 캡슐 B라 지칭할 수 있다. 캡슐 A와 캡슐 B는 절연수지 내에 균일하게 분산 포함되고 전기트리에 의해 파괴시 캡슐 A의 코어재와 캡슐 B의 코어재가 가교반응을 수행할 수 있다. A microcapsule having an amine-based core material may be referred to as capsule A, and a microcapsule having an epoxy core material may be referred to as capsule B. The capsule A and the capsule B are uniformly dispersed in the insulating resin, and when destroyed by an electric tree, the core material of the capsule A and the core material of the capsule B can perform a crosslinking reaction.

하이드로카본 기반의 아민 코어재는 p-Toluenesulfonyl chloride와 4,7,10-trioxa-1,13-diamine을 이용하여 합성한 코어재일 수 있다. p-Toluenesulfonyl chloride와 4,7,10-trioxa-1,13-diamine을 이용하여 합성한 코어재는 열적 안정성이 우수하고 흐름성이 좋다.Hydrocarbon-based amine core material may be a core material synthesized using p-Toluenesulfonyl chloride and 4,7,10-trioxa-1,13-diamine. The core material synthesized using p-Toluenesulfonyl chloride and 4,7,10-trioxa-1,13-diamine has excellent thermal stability and good flowability.

하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재는 bisphenol A diglycidyl ether와 PEG를 이용하여 말단의 하이드록시기를 포함하는 코어재, Terephthaloyl chloride 와 diethyleneglycol을 이용하여 말단에 하이드록시기를 포함하는 코어재 및 Terephthaloyl chloride (DEG) 와 epichlorohydrin을 이용하여 말단에 에폭사이드 그룹을 포함하는 코어재 중 선택된 1종일 수 있다. Hydrocarbon-based epoxide core materials include bisphenol A diglycidyl ether and PEG, a core material containing a terminal hydroxyl group, terephthaloyl chloride and diethyleneglycol, a core material containing a hydroxyl group at the end, and Terephthaloyl chloride (DEG) and It may be one selected from core materials containing an epoxide group at the terminal by using epichlorohydrin.

위 하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재는 열적 안정성이 좋고 링 형상이 유지되며 셀과 합성이 용이하다. The above hydrocarbon-based epoxide core material has good thermal stability, maintains ring shape, and is easy to synthesize with cells.

마이크로 캡슐은 코어재 대비 셀의 중량비(Shell:Core)가 1:2~1:5이며, 바람직하게는 1: 2.5이다. 코어재 대비 셀의 중량비가 1:2 미만이거나 1:5 초과이면 캡슐 형태가 유지되지 않는다. 캡슐의 안정성을 향상시키고 수세 후에도 코어재의 안정적인 함유를 유지할 수 있다.The microcapsule has a cell-to-core weight ratio (Shell: Core) of 1: 2 to 1: 5, preferably 1: 2.5. If the weight ratio of the cell to the core material is less than 1: 2 or greater than 1: 5, the capsule shape is not maintained. The stability of the capsule can be improved and the stable content of the core material can be maintained even after water washing.

MUF 캡슐, UF 캡슐, 에폭시 캡슐, 폴리우레탄 캡슐, 실리카 코팅된 MUF 캡슐은 열적안정성이 우수하고, 안정적인 형상을 유지하여 코어재를 내부에 안정적으로 함유한다. MUF 캡슐, UF 캡슐, 에폭시 캡슐, 폴리우레탄 캡슐, 실리카 코팅된 MUF 캡슐은 200℃ 이상에서 파괴되므로 절연체 제조시 압출 온도로 인해 마이크로 캡슐이 파괴되는 문제는 발생하지 않는다. 절연체 내에 캡슐의 형태가 안정적으로 유지되고 전기트리에 의해 파괴되어 자가치유 기능을 수행한다. MUF capsules, UF capsules, epoxy capsules, polyurethane capsules, and silica coated MUF capsules have excellent thermal stability and maintain a stable shape to stably contain a core material therein. MUF capsules, UF capsules, epoxy capsules, polyurethane capsules, silica-coated MUF capsules are destroyed at 200 ° C. or higher, so that the microcapsule is not destroyed due to the extrusion temperature during insulator production. The shape of the capsule in the insulator is maintained stably and destroyed by the electric tree to perform self-healing function.

실리카 코팅된 MUF 캡슐은 실리카 코팅되지 않은 다른 캡슐들에 비해 안정적인 형상을 유지한다.Silica coated MUF capsules maintain a stable shape compared to other silica uncoated capsules.

마이크로 캡슐의 크기는 140~280㎛ 범위이다. 상기 캡슐 크기 범위에서 코어재가 셀 내부에 안정적으로 함유된다.The size of the microcapsules ranges from 140 to 280 μm. In the capsule size range, the core material is stably contained inside the cell.

한편, 실리콘 절연체 제조방법은 코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐과 코어재가 아민계인 마이크로 캡슐을 제조하고, 코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐과 코어재가 아민계인 마이크로 캡슐을 절연수지에 배합하고 교반하여 균일 배합한 후, 압출 가공하여 절연체로 제조한다.On the other hand, the silicone insulator manufacturing method is to prepare a microcapsule having a core material as an epoxy and a microcapsule having an amine-based core material, and mixing a microcapsule having an epoxy core material and a microcapsule having an amine-based core material in an insulating resin, followed by uniform mixing. Extruded to prepare an insulator.

코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐은 증류수에 요소(urea), 외벽강화제, 암모늄, EMA를 첨가하고 pH를 맞춰 셀을 형성하고, 증류수에 코어재를 더 첨가하고 교반한 후 다시 포름알데히드를 첨가하고 교반하면 셀에 코어재가 채워지면서 캡슐이 제조된다. 이후 증류수에 가라앉은 캡슐을 수득하면 된다.When the microcapsule whose core material is epoxy is added to urea, outer wall strengthening agent, ammonium, and EMA in distilled water to form a cell by adjusting the pH, the core material is further added to and stirred in distilled water, and then formaldehyde is added again and stirred. As the core material is filled in the cell, the capsule is manufactured. After that, it is enough to obtain a capsule that has been sunk in distilled water.

교반은 600~800rpm으로 수행한다. 교반속도는 캡슐 사이즈와 관련되는데 교반속도가 너무 높으며 캡슐 사이즈가 너무 작아 코어재를 함유할 수 없고 교반속도가 너무 낮으면 코어재 양이 많아져 캡슐 형태가 유지되지 않는다.Stirring is performed at 600-800 rpm. The stirring speed is related to the capsule size, but the stirring speed is too high, the capsule size is too small to contain the core material, and if the stirring speed is too low, the amount of the core material is increased and the capsule shape is not maintained.

제조된 캡슐에 실리카 코팅 전구체를 더 첨가하여 캡슐에 실리카 코팅할 수 있다. 실리카 코팅은 캡슐 형태를 안정적으로 유지시킨다. A silica coating precursor may be further added to the prepared capsule to coat the silica with the capsule. The silica coating keeps the capsule shape stable.

코어재가 아민계인 마이크로 캡슐은 내부가 비어있는 홀 캡슐을 제조하고, 홀 캡슐을 아민용액이 담겨있는 수조에 담그고 진공을 가하여 홀 캡슐에 아민용액이 채워지게 하면 제조된다. 제조된 캡슐은 수조 바닥에 가라앉으므로 수조 바닥의 캡슐을 수득하면 된다.A microcapsule having an amine-based core material is prepared by preparing a hollow capsule with an empty inside, dipping the hole capsule in a water bath containing an amine solution, and applying vacuum to fill the hole capsule with an amine solution. The prepared capsules sink to the bottom of the water tank, so a capsule at the bottom of the water tank can be obtained.

이하에서는 본 발명을 합성 실험을 통해 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described through synthetic experiments.

1. p-Toluenesulfonyl chloride와 4,7,10-trioxa-1,13-diamine을 이용하여 합성한 코어재1. Core material synthesized using p-Toluenesulfonyl chloride and 4,7,10-trioxa-1,13-diamine

p-Toluenesulfonyl chloride와 4,7,10-trioxa-1,13-diamine을 이용한 하이드로 카본 기반의 캡슐 코어재 구조 및 합성 반응식은 아래와 같다.The structure and synthesis scheme of the hydrocarbon-based capsule core material using p-Toluenesulfonyl chloride and 4,7,10-trioxa-1,13-diamine are as follows.

<아민계 코어재 구조 및 합성 반응식><Amine-based core material structure and synthetic reaction formula>

Figure 112018074502584-pat00001
Figure 112018074502584-pat00001

a. 반응설계 a. Response design

말단의 아민 그룹을 포함하는 하이드로카본 기반의 캡슐 코어재 합성을 위해 반응이 용이한 tosylation을 이용하며, product의 흐름성을 증가시키기 위해 4,7,10-trioxa-1,13-diamine을 이용하여 반응을 진행하였다. For the synthesis of a hydrocarbon-based capsule core material containing a terminal amine group, easy tosylation is used, and 4,7,10-trioxa-1,13-diamine is used to increase the flowability of the product. The reaction proceeded.

b. 합성 진행b. Synthesis progress

둥근바닥플라스크에 4,7,10-trioxa-1,13-diamine, CuO, 반응용매인 EA를 넣고 drop funnel에 p-toluenesulfonyl chloride와 EA를 넣고 천천히 dropwise후 5시간 동안 반응을 진행하였다. 정제과정을 위해 생성된 product를 MC에 녹인 후 D.I water와 extraction과정을 진행하였다. 4,7,10-trioxa-1,13-diamine, CuO, and EA as a reaction solvent were added to a round bottom flask, p-toluenesulfonyl chloride and EA were added to the drop funnel, and the reaction was continued for 5 hours after slowly dropwise. After the product produced for the purification process was dissolved in MC, D.I water and extraction were performed.

c. 합성 결과 분석c. Synthesis results analysis

도 2는 p-Toluenesulfonyl chloride의 NMR spectra 그래프이고, 도 3은 4,7,10-trioxa-1,13-diamine의 NMR spectra 그래프이고, 도 4는 5시간 동안 반응 진행 후 product NMR spectra 그래프이다.FIG. 2 is an NMR spectra graph of p-Toluenesulfonyl chloride, FIG. 3 is an NMR spectra graph of 4,7,10-trioxa-1,13-diamine, and FIG. 4 is a product NMR spectra graph after reaction for 5 hours.

도 2 내지 도 5를 참고하였을 때, p-toluenesulfonyl chloride의 7.5ppm, 7.1ppm peak가 product NMR spectra에서 이동하였고 4,7,10-trioxa-1,13-diamine의 2.6ppm, 1.6ppm의 peak가 이동한 것을 통해 설계한 합성 구조대로 합성되었음이 확인된다.2 to 5, 7.5-ppm and 7.1-ppm peaks of p-toluenesulfonyl chloride were shifted in the product NMR spectra, and peaks of 2.6ppm and 1.6ppm of 4,7,10-trioxa-1,13-diamine were It was confirmed that the composition was synthesized according to the designed synthetic structure.

또한, product의 흐름성이 좋으므로 캡슐 코어재로 적합함이 확인된다. In addition, since the flowability of the product is good, it is confirmed that it is suitable as a capsule core material.

d. TGA analysisd. TGA analysis

도 5는 4,7,10-trioxa-1,13-diamine과 product의 TGA 분석 그래프이다.5 is a TGA analysis graph of 4,7,10-trioxa-1,13-diamine and product.

도 5에서 starting material인 4,7,10-trioxa-1,13-diamine보다 product의 분해 온도가 높은 것을 보아 starting material에 비해 열적 안정성이 증가하였음을 확인하였음이 확인된다.In FIG. 5, it was confirmed that the thermal stability was increased compared to the starting material by seeing that the decomposition temperature of the product was higher than that of the starting material 4,7,10-trioxa-1,13-diamine.

따라서 starting material보다 product가 열적 안정성을 지니므로 캡슐 코어재로 적용하기에 적합하다. Therefore, since the product has thermal stability than the starting material, it is suitable for application as a capsule core material.

실험 결과, p-Toluenesulfonyl chloride와 4,7,10-trioxa-1,13-diamine을 이용하여 합성한 코어재가 아민계 코어재로 적합함을 확인할 수 있다.As a result of the experiment, it can be confirmed that the core material synthesized using p-Toluenesulfonyl chloride and 4,7,10-trioxa-1,13-diamine is suitable as an amine-based core material.

2. bisphenol A diglycidyl ether와 PEG를 이용하여 말단의 하이드록시기를 포함하는 코어재2. Core material containing terminal hydroxyl groups using bisphenol A diglycidyl ether and PEG

bisphenol A diglycidyl ether와 PEG를 이용하여 말단의 하이드록시기를 포함하는 코어재 구조 및 합성 반응식은 아래와 같다.The structure and synthetic reaction scheme of the core material including the terminal hydroxy group using bisphenol A diglycidyl ether and PEG are as follows.

<에폭시 코어재 구조 및 합성 반응식><Epoxy core material structure and synthetic reaction formula>

Figure 112018074502584-pat00002
Figure 112018074502584-pat00002

a. 반응설계 a. Response design

말단에 에폭사이드 그룹을 포함하는 하이드로 카본 기반의 캡슐 코어재 합성을 위해 먼저 말단에 하이드록시기를 포함하는 단량체를 합성하였다.For the synthesis of a hydrocarbon-based capsule core material containing an epoxide group at the terminal, a monomer containing a hydroxyl group at the terminal was first synthesized.

b. 합성 진행b. Synthesis progress

둥근바닥플라스크에 bisphenol A diglycidyl ether, PEG와 KOH를 투입 후 reflux하에 2시간동안 반응을 진행하였다. 반응 진행 후, D.I water와 EA를 이용하여 extraction과정을 진행하였다.After adding bisphenol A diglycidyl ether, PEG and KOH to the round bottom flask, the reaction was performed for 2 hours under reflux. After the reaction proceeded, extraction was performed using D.I water and EA.

c. 합성 결과 분석c. Synthesis results analysis

도 6은 2시간동안 반응 진행 후 product의 NMR spectra 그래프이다.6 is a NMR spectra graph of a product after 2 hours of reaction.

도6의 NMR 분석 결과 bisphenol A diglycidyl ether의 epoxy ring이 open된 것을 통해 말단에 PEG가 합성되었음을 확인할 수 있다.As a result of NMR analysis of FIG. 6, it can be confirmed that PEG was synthesized at the terminal through the open of the epoxy ring of bisphenol A diglycidyl ether.

또한 적분값을 비교해 보았을 때, 양쪽 말단에 PEG가 합성되었음을 확인할 수 있다.In addition, when comparing the integral values, it can be confirmed that PEG was synthesized at both ends.

실험 결과, bisphenol A diglycidyl ether와 PEG를 이용하여 말단의 하이드록시기를 포함하는 코어재가 에폭시 코어재로 적합함을 확인할 수 있다.As a result of the experiment, it can be confirmed that a core material containing a terminal hydroxy group is suitable as an epoxy core material using bisphenol A diglycidyl ether and PEG.

3. Terephthaloyl chloride 와 diethyleneglycol을 이용하여 말단에 하이드록시기를 포함하는 코어재3. Core material containing hydroxy groups at the ends using terephthaloyl chloride and diethyleneglycol

Terephthaloyl chloride 와 diethyleneglycol을 이용하여 말단에 하이드록시기를 포함하는 코어재 구조 및 합성 반응식은 아래와 같다.Terephthaloyl chloride and diethyleneglycol are used for the structure of the core material containing hydroxy groups at the ends and the synthetic reaction scheme is as follows.

<에폭시 코어재 구조 및 합성 반응식><Epoxy core material structure and synthetic reaction formula>

Figure 112018074502584-pat00003
Figure 112018074502584-pat00003

a. 반응설계 a. Response design

말단에 에폭사이드 그룹을 포함하는 캡슐 코어재를 합성하기 위하여 먼저 말단에 하이드록시기를 포함하는 물질을 합성하였다. 또한, product의 흐름성을 증가시키기 위하여 diethyleneglycol을 이용하여 합성을 진행하였다.In order to synthesize a capsule core material containing an epoxide group at the terminal, a substance containing a hydroxyl group at the terminal was first synthesized. In addition, synthesis was performed using diethyleneglycol to increase the flowability of the product.

b. 합성 진행b. Synthesis progress

둥근바닥 플라스크에 diethyleneglycol, TEA 투입 후, stir. drop funnel에 terephthaloyl chloride와 반응 용매를 투입 후 둥근바닥플라스크에 drop wise. drop wise후 4시간 동안 반응을 진행하였다. 반응 완료 후 filteration을 통해 TEA salt를 제거하였다. 용매 제거 후, EA와 D.I water를 이용하여 extraction과정을 진행하였다.After diethyleneglycol and TEA were added to the round bottom flask, stir. After adding terephthaloyl chloride and reaction solvent to the drop funnel, drop wise into a round bottom flask. The reaction was conducted for 4 hours after drop wise. After the reaction was completed, TEA salt was removed through filteration. After removal of the solvent, extraction was performed using EA and D.I water.

c. 합성 결과 분석c. Synthesis results analysis

도 7은 4시간 동안 반응 진행 후 product NMR spectra 그래프이다.7 is a product NMR spectra graph after the reaction proceeds for 4 hours.

도 7에 의하면, 4시간 동안 반응 진행 후, terephthaloyl chloride 양쪽 말단에 diethyleneglycol이 합성되었음을 확인할 수 있다.According to FIG. 7, after reacting for 4 hours, it was confirmed that diethyleneglycol was synthesized at both ends of terephthaloyl chloride.

실험 결과, Terephthaloyl chloride 와 diethyleneglycol을 이용하여 말단에 하이드록시기를 포함하는 코어재가 에폭시 코어재로 적합함을 확인할 수 있다.As a result of the experiment, it can be confirmed that a core material containing a hydroxyl group at the terminal is suitable as an epoxy core material using Terephthaloyl chloride and diethyleneglycol.

4. Terephthaloyl chloride (DEG) 와 epichlorohydrin을 이용하여 말단에 에폭사이드 그룹을 포함하는 코어재4. Core material containing epoxide groups at the ends using terephthaloyl chloride (DEG) and epichlorohydrin

Terephthaloyl chloride (DEG) 와 epichlorohydrin을 이용하여 말단에 에폭사이드 그룹을 포함하는 코어재 구조 및 합성 반응식은 아래와 같다.Terephthaloyl chloride (DEG) and the structure of the core material containing epoxide groups at the ends using epichlorohydrin and the synthetic reaction scheme are as follows.

<에폭시 코어재 구조 및 합성 반응식><Epoxy core material structure and synthetic reaction formula>

Figure 112018074502584-pat00004
Figure 112018074502584-pat00004

a. 반응설계 a. Response design

terephthaloyl chloride (DEG) 말단의 하이드록시 그룹과 반응성이 큰 할로겐 그룹을 포함하는 epichlorohydrin을 이용하여 에폭사이드를 포함하는 캡슐 코어재를 합성하였다.A capsule core material containing epoxide was synthesized using epichlorohydrin containing a hydroxy group at the terephthaloyl chloride (DEG) terminal and a halogen group having high reactivity.

b. 합성 진행b. Synthesis progress

둥근바닥플라스크에 NaOH, TBAB 및 deionized water를 투입 후, stir. 소량의 acetone에 terephthaloyl chloride (DEG)를 용해시킨 후, 둥근바닥플라스크에 투입하였다. 40℃ oil bath에서 1시간동안 stir 후, epichlorohydrin을 투입하고 1시간 동안 반응을 진행하였다.After adding NaOH, TBAB and deionized water to the round bottom flask, stir. After dissolving terephthaloyl chloride (DEG) in a small amount of acetone, it was added to a round bottom flask. After stir for 1 hour in a 40 ℃ oil bath, epichlorohydrin was added and the reaction was carried out for 1 hour.

c. 합성 결과 분석c. Synthesis results analysis

도 8은 반응 진행 후, product NMR spectra 그래프이다.8 is a product NMR spectra graph after reaction progress.

도 8에서 확인되듯이 반응 진행 후, epoxy ring에 해당하는 peak가 존재하는 것을 보아 epoxy ring이 open되지 않고 합성되었음을 확인하였다. 또한, 적분비 비교를 통하여 terephthaloyl chloride (DEG) 양쪽 말단에 epichlorohydrin이 합성되었음을 확인하였다.As shown in FIG. 8, after the reaction proceeded, it was confirmed that the epoxy ring was synthesized without being opened by seeing that a peak corresponding to the epoxy ring was present. In addition, it was confirmed that epichlorohydrin was synthesized at both ends of terephthaloyl chloride (DEG) through an integral ratio comparison.

d.TGA analysisd.TGA analysis

도 9는 terephthaloyl chloride(DEG)와 말단에 epichlorohydrin을 합성한 product TGA 그래프이다.9 is a product TGA graph of the synthesis of terephthaloyl chloride (DEG) and epichlorohydrin at the end.

도 9의 TGA analysis를 통해 product의 열적 안정성을 분석해 보았을 때, terephthaloyl chloride(DEG)에 비해 열적 안정성이 약하지만 캡슐 코어재로 적용하기에 적합한 것으로 판단된다.When analyzing the thermal stability of the product through the TGA analysis of FIG. 9, it is determined that the thermal stability is weaker than terephthaloyl chloride (DEG), but is suitable for application as a capsule core material.

실험 결과, Terephthaloyl chloride (DEG) 와 epichlorohydrin을 이용하여 말단에 에폭사이드 그룹을 포함하는 코어재가 에폭시 코어재로 적합함을 확인할 수 있다.As a result of the experiment, it can be confirmed that a core material containing an epoxide group at the terminal is suitable as an epoxy core material using Terephthaloyl chloride (DEG) and epichlorohydrin.

5. 코어재(에폭시)를 함유한 UF 캡슐5. UF capsules containing core material (epoxy)

도 10에 UF 캡슐 합성모식도가 도시되어 있다. 10 is a schematic diagram of the synthesis of UF capsules.

현장중합(In-situ polymerization)을 이용하여 수중유(oil in water) 시스템으로 캡슐의 제조가 이루어진다. Capsules are made with an oil in water system using in-situ polymerization.

UF 캡슐의 외벽을 형성하는 전구체인 요소(urea)와 캡슐의 외벽 형성을 도와 강화를 시켜주는 외벽강화제(resorcinol)와 pH 변화의 완충역할을 하는 염화암모늄(ammonium chloride), 마지막으로 코어의 에멀션(emulsion)을 안정화 시키는 ethylene maleic anhydride(EMA)를 증류수 20ml에 녹여준 후에 수산화나트륨(sodium hydroxide)과 염산(hydrochloric acid)를 이용하여 pH를 3.5로 맞춘다. 준비된 용액에 코어재를 넣고 에멀션(emulsion)을 안정적으로 형성시키기 위해 10분에서 15분 고정된 rpm에서 stirring을 시켜주었다.Urea, a precursor that forms the outer wall of the UF capsule, the outer wall strengthening agent (resorcinol), which helps to strengthen the outer wall of the capsule, and ammonium chloride, which acts as a buffer for pH changes, and finally the emulsion of the core ( Emulsion stabilizes ethylene maleic anhydride (EMA) in 20 ml of distilled water, and then adjusts the pH to 3.5 using sodium hydroxide and hydrochloric acid. The core material was added to the prepared solution, and stirring was performed at a fixed rpm of 10 to 15 minutes to stably form an emulsion.

이후, 포름알데히드(formaldehyde)를 첨가하여 60 ℃에서 4시간 동안 교반(stirring)을 해주어 캡슐을 제조하였음. 이후 증류수를 이용해서 분별작업을 함으로서 잔여물을 제거하고 필터링 후에 24시간 동안 건조하여 최종 캡슐을 수득하였다. 도 11에 최종 수득한 UF 캡슐의 합성 반응 화학식이 도시되어 있다.Subsequently, formaldehyde was added, followed by stirring at 60 ° C. for 4 hours to prepare a capsule. Thereafter, the residue was removed by distillation using distilled water, and after filtering, dried for 24 hours to obtain a final capsule. Figure 11 shows the synthetic reaction formula of the final obtained UF capsule.

도 12에 UF 캡슐의 shell monomer와 core물질 함량비에 따른 캡슐사이즈 그래프가 도시되어 있다.12 shows the capsule size graph according to the content ratio of the shell monomer and core material of the UF capsule.

UF 캡슐의 shell monomer와 core물질의 함량비를 조절함으로써 캡슐을 합성하였다. core물질의 함량이 높아질수록 캡슐 합성시 어떠한 영향이 미치는지 확인하기 위해 Mechanical stirer의 RPM은 고정시키고, core물질의 함량비가 Shell 무게대비 core의 무게가 3배에서 5배로 많아지는 순간 캡슐의 사이즈가 작아지는 것을 확인하였다.Capsules were synthesized by adjusting the content ratio of shell monomer and core material in the UF capsule. As the content of the core material increases, the RPM of the mechanical stirer is fixed to check the effect of the capsule synthesis, and the size of the capsule becomes smaller as the core material content ratio increases from 3 to 5 times the core weight compared to the shell weight. It was confirmed to lose.

이는 core물질이 반응용액에 일정량 이상 첨가되면 반응용액의 shear stress의 증가로 인한 캡슐사이즈의 영향이 가는 것으로 확인된다.It is confirmed that if the core material is added to the reaction solution over a certain amount, the effect of the capsule size due to the increase in the shear stress of the reaction solution increases.

도 13에 UF 캡슐의 교반속도에 따른 캡슐 사이즈 조절 그래프가 도시되어 있다.13 is a graph showing the capsule size control according to the stirring speed of the UF capsule.

도 13에 도시된 바와 같이, 캡슐 합성시에 기계적 교반이 상태 하에 합성이 이루어지는데, 이는 캡슐 제조시 교반기의 RPM을 조절하면 캡슐의 사이즈를 조절할 수 있음을 의미한다.As shown in FIG. 13, when the capsule is synthesized, the synthesis is performed under mechanical agitation, which means that the capsule size can be adjusted by adjusting the RPM of the stirrer during capsule production.

RPM을 500RPM부터 1500RPM까지 증가시키면서 캡슐사이즈의 변화를 관찰한 결과, 저RPM에서는 약 280㎛의 직경을 가진 캡슐이 합성되었고, 1500RPM에서는 약140㎛의 크기를 가진 캡슐이 합성되었다.As a result of observing the change in capsule size while increasing the RPM from 500 RPM to 1500 RPM, capsules with a diameter of about 280 μm were synthesized at low RPM, and capsules with a size of about 140 μm were synthesized at 1500 RPM.

코어물질로 사용되는 epoxy(EPON826)의 점도가 65-95Poise를 갖는데, 이는 공정상 다루기가 불편하여 코어물질의 점도를 낮출 필요가 있다. 본 실험에서는 B.G.E (Butyl Glycidyl ehter)를 이용하였고, 함량비를 10~30wt%로 첨가하여 점도를 조절하였다.The viscosity of the epoxy (EPON826) used as the core material has 65-95 Poise, which is inconvenient to handle in the process and needs to lower the viscosity of the core material. In this experiment, B.G.E (Butyl Glycidyl ehter) was used, and the viscosity was adjusted by adding a content ratio of 10 to 30 wt%.

B.G.E의 함량이 높아질수록 코어물질의 점도가 낮아졌고, 코어의 점도가 캡슐사이즈에 어떤 영향이 미치는지 확인하기 위해 700RPM으로 고정하여 실험을 진행하였다.The higher the content of B.G.E, the lower the viscosity of the core material, and the experiment was carried out by fixing the viscosity of the core at 700 RPM to confirm the effect on the capsule size.

도 14에는 코어물질의 점도에 따른 캡슐사이즈 조절이 그래프로 도시되어 있다.14, the capsule size control according to the viscosity of the core material is illustrated in a graph.

도 14에 도시된 바와 같이, 같이 B.G.E의 함량이 높아질수록 같은 RPM에서도 작은 캡슐을 얻을 수 있었고, 이중 수율이 가장 높았던 B.G.E의 함량이 20wt% 조건으로 교반기의 RPM을 3000RPM까지 올려서 50㎛ 미만의 크기를 가진 캡슐을 합성할 수 있었다.As shown in FIG. 14, as the BGE content increased, a small capsule could be obtained even at the same RPM, and the content of the BGE, which had the highest yield, increased the RPM of the agitator to 3000 RPM under the condition of 20 wt%, and the size was less than 50 μm. Could synthesize a capsule with.

UF 캡슐의 열적안정성을 분석하였다. The thermal stability of the UF capsules was analyzed.

도 15에는 UF캡슐의 열적안정성 분석 그래프 및 OM 사진이다.15 is a thermal stability analysis graph and OM picture of the UF capsule.

UF 캡슐의 열적안정성을 분석하기 위해 TGA장비와 실시간으로 관측할 수 있는 OM장비를 이용하여 분석하였다. 절연체 제조시 경화온도 120℃와 170℃를 견디기 위해서 캡슐의 열적안정성을 확보할 필요가 있다. In order to analyze the thermal stability of the UF capsules, it was analyzed using TGA equipment and OM equipment that can be observed in real time. It is necessary to secure the thermal stability of the capsule in order to withstand the curing temperatures of 120 ° C and 170 ° C when manufacturing an insulator.

도 15과 같이 캡슐의 TGA의 분석결과 250℃ 부근까지 -5wt% weight loss지점이 오지 않았다. 그러나 실시간으로 관측한 OM장비를 통해 확인한 결과, 200℃부터 캡슐의 일부가 파괴이 확인되어 열적안정성이 확보됨을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 15, as a result of analyzing the TGA of the capsule, a -5 wt% weight loss point did not come up to around 250 ° C. However, as a result of checking through the OM equipment observed in real time, it can be confirmed that a part of the capsule was destroyed from 200 ° C and thermal stability was secured.

합성된 UF 캡슐이 전기트리에 파괴가 되기 위해 캡슐의 두께조절이 중요하다. 두께조절을 위해 코어물질의 함량비를 높이면서 캡슐을 합성하였고 두께를 확인하기 위해 SEM, TGA, DSC등을 이용하였다.In order for the synthesized UF capsule to be destroyed in the electric tree, it is important to control the thickness of the capsule. The capsule was synthesized while increasing the content ratio of the core material for thickness control, and SEM, TGA, DSC, etc. were used to confirm the thickness.

먼저 SEM을 통해 캡슐의 표면상태를 관찰한 결과 코어물질의 함량비가 높아질수록 도 16과 같이 비교적 표면이 매끈한 캡슐을 얻을 수 있었다. 또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 코어함량이 가장 많았던 캡슐(CAP6.C20.R700)의 캡슐 두께는 대략 8.4㎛라고 생각되는 캡슐두께를 얻을 수 있었다. First, as a result of observing the surface state of the capsule through SEM, as the content ratio of the core material increased, a capsule with a relatively smooth surface as shown in FIG. 16 could be obtained. In addition, as shown in FIG. 17, the capsule thickness of the capsule (CAP6.C20.R700), which had the largest core content, was obtained to be considered to be approximately 8.4 μm.

열중량분석기 (TGA)를 통해서도 캡슐의 두께변화를 나타내는 경향을 확인하였다. 캡슐의 코어물질의 함량이 높아질수록 열분해 온도가 빨리 나타났다.It was also confirmed through a thermogravimetric analyzer (TGA) that the capsule exhibited a change in thickness. The higher the core material content of the capsule, the faster the pyrolysis temperature appeared.

시차주사열량계 (DSC)로 부터도 흡열피크가 앞당겨 지는 것을 확인하였다. It was confirmed from the differential scanning calorimeter (DSC) that the endothermic peak was advanced.

6. 코어재(아민)를 함유한 UF 캡슐6. UF capsule containing core material (amine)

Vacuum Infiltration을 통해서 아민캡슐을 제조할 수 있는데 이는, 먼저 속이 비어있는 Hollow capsule을 먼저 제조한 후 아민용액이 담겨져 있는 bath에 hollow캡슐을 담가준 후에 진공을 가해주면 비어있는 Hollow capsule안에 아민용액이 채워지게 된다.An amine capsule can be prepared through vacuum infiltration. First, an empty hollow capsule is first manufactured, then a hollow capsule is immersed in a bath containing an amine solution, and then vacuum is applied to fill the empty hollow capsule with the amine solution. Lose.

이러한 방법을 통해 아민용액이 채워진 캡슐을 바닥에 가라앉게 되고, 바닥에 가라앉은 캡슐을 수득하면 아민캡슐을 얻을 수 있다.Through this method, the capsule filled with the amine solution sinks to the bottom, and when the capsule sinks to the bottom, an amine capsule can be obtained.

7. 합성된 에폭시 캡슐(캡슐 1)과 아민계 캡슐(캡슐 2)의 자가 치유 특성을 확인하였다.7. The self-healing properties of the synthesized epoxy capsules (Capsule 1) and amine-based capsules (Capsule 2) were confirmed.

합성된 에폭시 캡슐과 아민계 캡슐을 통해 실질적으로 캡슐이 분산된 부분에 보이드가 생기면 경화가 진행되는지 실시간 Optical Microscopy(O.M) 장비를 통해 확인하였다. 먼저, 합성된 에폭시 캡슐과 아민계 캡슐을 2:1의 무게비로 준비하였다. It was confirmed through real-time optical microscopy (O.M) equipment that curing occurs when voids are formed in the parts where the capsules are substantially dispersed through the synthesized epoxy capsules and amine-based capsules. First, the synthesized epoxy capsule and the amine-based capsule were prepared in a weight ratio of 2: 1.

이는 에폭시와 아민의 경화조건의 조성비가 대략 2:1을 가지므로 에폭시 캡슐과 아민캡슐의 무게비 또한 2:1로 조성하였고, 매트릭스 소재로는 흔히 사용되어지고 있는 에폭시에 분산시켜 자가치유 특성을 확인하였다.Since the composition ratio of the curing conditions of the epoxy and the amine is approximately 2: 1, the weight ratio of the epoxy capsule and the amine capsule is also 2: 1, and the self-healing properties are confirmed by dispersing in the commonly used epoxy as a matrix material. Did.

첫 번째로는 캡슐이 많이 분산되어있는 곳을 상처 내었고 두 번째로는 캡슐이 적게 분산되어있는 부분을 상처 내어 자가치유가 되는지 확인하였다. 도 18에 도시된 바와 같이, 두 부분 모두 에폭시와 아민이 경화될 수 있는 온도까지 올려주어 보이드가 복원되는 것을 확인할 수 있었다.First, the place where the capsule was dispersed a lot was wound, and second, the portion where the capsule was dispersed a little was wounded to see if it was self-healing. As shown in FIG. 18, it was confirmed that the voids were restored by raising both parts to a temperature at which the epoxy and the amine could be cured.

실험 결과, 에폭시 캡슐(캡슐 1)과 아민계 캡슐(캡슐 2)는 에폭시에 영향을 미치지 않고 보이드만 복원하였다. 이를 통해 마이크로 캡슐이 절연체의 성능을 저하시키지 않으면서 절연체의 손상 발생시 자가치유 특성을 가짐을 확인할 수 있다. As a result of the experiment, the epoxy capsule (Capsule 1) and the amine-based capsule (Capsule 2) did not affect the epoxy, and only voids were restored. Through this, it can be confirmed that the microcapsule has self-healing properties when damage to the insulator occurs without deteriorating the performance of the insulator.

위 실험 결과를 통해, 본 발명은 초고압 케이블을 연결시켜주는 중간접속함 내부의 실리콘 절연체나, 스트레스콘, 초고압 케이블의 피복, 송전계통의 케이블 시스템 등의 내부첨가제등으로 사용되어 외부의 다양한 환경변화로 손상이 발생하는 경우에도 이를 용이하게 자가치유 하도록 할 수 있음을 확인할 수 있다.Through the above experiment results, the present invention is used as an internal additive such as a silicone insulator inside an intermediate junction box connecting a high voltage cable, a stress cone, a coating of a high voltage cable, and a cable system of a transmission system. It can be seen that even if damage occurs, it can be easily self-healing.

또한 본 발명은 (초)고압 케이블을 접속시(결합시) 현장에서 발생하는 내/외부 스크래치의 손상복원, 절연체 내/외부의 crack 또는 동공(void)을 기점으로 한 전기트리의 진전완화 또는 진전억제 등으로 절연물의 파괴로 인한 사회적·경제적 손실 등을 효과적으로 대응할 수 있음을 확인할 수 있다.In addition, the present invention relates to the restoration of internal / external scratches that occur in the field when (high) high voltage cables are connected (combined), cracks or voids in or out of insulators, or to mitigate or advance the progress of electric trees based on voids. It can be seen that suppression, etc. can effectively counter social and economic losses caused by the destruction of insulation.

본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with the best embodiments in the drawings and specifications. Here, although specific terms are used, they are used for the purpose of describing the present invention only, and are not used to limit the scope of the present invention described in the meaning limitation or the claims. Therefore, the present invention will be understood by those of ordinary skill in the art that various modifications and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (14)

절연수지; 및
상기 절연수지에 분산되어 포함되고 상기 절연수지에 보이드(void) 및 크랙(crack) 발생시, 발생 및 진전하는 전기트리에 의해 파괴되고 코어재를 방출하여 상기 보이드 및 크랙을 복원하는 마이크로 캡슐;
을 포함하고,
상기 마이크로 캡슐은 자가치유 코어재와 상기 코어재를 감싸는 셀로 이루어지며, 상기 셀의 파괴에 의해 상기 코어재를 방출하며,
상기 마이크로 캡슐은 코어재가 서로 상이한 캡슐 A와 캡슐 B를 포함하고,
상기 캡슐 A의 코어재와 상기 캡슐 B의 코어재가 가교반응하여 상기 보이드 및 크랙을 복원하며,
상기 캡슐 A는 코어재가 하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재인 에폭시 캡슐이고,
상기 캡슐 B는 코어재가 하이드로카본 기반의 아민 코어재인 아민계 캡슐이며,
상기 하이드로카본 기반의 아민 코어재는
p-Toluenesulfonyl chloride와 4,7,10-trioxa-1,13-diamine을 이용하여 합성한 것이고,
상기 하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재는
bisphenol A diglycidyl ether와 PEG를 이용하여 말단의 하이드록시기를 포함하는 코어재, Terephthaloyl chloride 와 diethyleneglycol을 이용하여 말단에 하이드록시기를 포함하는 코어재, Terephthaloyl chloride (DEG) 와 epichlorohydrin을 이용하여 말단에 에폭사이드 그룹을 포함하는 코어재 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체.
Insulating resin; And
A microcapsule which is dispersed in the insulating resin, and when voids and cracks occur in the insulating resin, the generated and advancing electric tree is destroyed by the electric tree and releases the core material to restore the voids and cracks;
Including,
The microcapsule is composed of a self-healing core material and a cell surrounding the core material, and releases the core material by destruction of the cell,
The microcapsules include capsule A and capsule B having different core materials,
The core material of the capsule A and the core material of the capsule B are cross-linked to restore the voids and cracks,
The capsule A is an epoxy capsule in which the core material is a hydrocarbon-based epoxide core material,
The capsule B is an amine-based capsule in which the core material is a hydrocarbon-based amine core material,
The hydrocarbon-based amine core material
It was synthesized using p-Toluenesulfonyl chloride and 4,7,10-trioxa-1,13-diamine,
The hydrocarbon-based epoxide core material is
A core material containing a terminal hydroxy group using bisphenol A diglycidyl ether and PEG, a core material containing a terminal hydroxyl group using Terephthaloyl chloride and diethyleneglycol, and a terminal epoxide using Terephthaloyl chloride (DEG) and epichlorohydrin Self-healing silicone insulator, characterized in that it is one selected from the core material comprising a group.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 캡슐과 아민계 캡슐은 코어재가 2:1의 무게비를 갖는 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체.
The method according to claim 1,
The epoxy capsule and the amine-based capsule is a self-healing silicone insulator, characterized in that the core material has a weight ratio of 2: 1.
청구항 1에 있어서,
상기 셀(캡슐 외벽)은 MUF 캡슐, UF 캡슐, 에폭시 캡슐, 폴리우레탄 캡슐, 실리카 코팅된 MUF 캡슐 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체.
The method according to claim 1,
The cell (capsule outer wall) is a self-healing silicone insulator, characterized in that one selected from MUF capsules, UF capsules, epoxy capsules, polyurethane capsules, silica coated MUF capsules.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 캡슐은
상기 코어재 대비 셀의 중량비가 1:2~1:5 범위인 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체.
The method according to claim 1,
The microcapsules
Self-healing silicone insulator, characterized in that the weight ratio of the cell to the core material ranges from 1: 2 to 1: 5.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 캡슐은 크기가 140~280㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체.
The method according to claim 1,
The microcapsule is a self-healing silicone insulator, characterized in that the size ranges from 140 to 280 µm.
코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐과 코어재가 아민계인 마이크로 캡슐을 제조하는 단계; 및
상기 코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐과 코어재가 아민계인 마이크로 캡슐을 절연수지에 배합하고 교반하여 균일 배합한 후, 압출 가공하여 절연체로 제조하는 단계;
를 포함하며,
상기 코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐은 상기 코어재가 하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재이고,
상기 코어재가 아민계인 마이크로 캡슐은 상기 코어재가 하이드로카본 기반의 아민 코어재이며,
상기 하이드로카본 기반의 아민 코어재는
p-Toluenesulfonyl chloride와 4,7,10-trioxa-1,13-diamine을 이용하여 합성한 아민용액이고,
상기 하이드로카본 기반의 에폭사이드 코어재는
bisphenol A diglycidyl ether와 PEG를 이용하여 말단의 하이드록시기를 포함하는 코어재, Terephthaloyl chloride 와 diethyleneglycol을 이용하여 말단에 하이드록시기를 포함하는 코어재, Terephthaloyl chloride (DEG) 와 epichlorohydrin을 이용하여 말단에 에폭사이드 그룹을 포함하는 코어재 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체 제조방법.
Preparing a microcapsule in which the core material is epoxy and a microcapsule in which the core material is amine; And
Mixing the microcapsule having the core material as an epoxy and the microcapsule having the core material as an amine in an insulating resin, stirring and uniformly mixing, and then extruding to prepare an insulator;
It includes,
In the microcapsule in which the core material is epoxy, the core material is a hydrocarbon-based epoxide core material,
The core material is an amine-based microcapsule, the core material is a hydrocarbon-based amine core material,
The hydrocarbon-based amine core material
It is an amine solution synthesized using p-Toluenesulfonyl chloride and 4,7,10-trioxa-1,13-diamine,
The hydrocarbon-based epoxide core material is
A core material containing a terminal hydroxy group using bisphenol A diglycidyl ether and PEG, a core material containing a terminal hydroxyl group using Terephthaloyl chloride and diethyleneglycol, and a terminal epoxide using Terephthaloyl chloride (DEG) and epichlorohydrin A method of manufacturing a self-healing silicone insulator, characterized in that it is one selected from core materials comprising a group.
청구항 10에 있어서,
상기 코어재가 에폭시인 마이크로 캡슐은
증류수에 요소(urea), 외벽강화제, 암모늄, EMA를 첨가하고 pH를 맞춰 셀을 형성하는 단계;
상기 증류수에 상기 코어재를 더 첨가하고 교반하는 단계;
교반 후 상기 증류수에 포름알데히드를 첨가하고 교반하는 단계; 및
상기 증류수에 가라앉은 캡슐을 수득하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체 제조방법.
The method according to claim 10,
The microcapsules wherein the core material is epoxy
Adding urea, outer wall strengthening agent, ammonium, and EMA to distilled water and adjusting the pH to form a cell;
Adding and stirring the core material to the distilled water;
After stirring, adding formaldehyde to the distilled water and stirring; And
Obtaining a capsule submerged in the distilled water;
Self-healing silicone insulator manufacturing method comprising a.
청구항 11에 있어서,
상기 교반은 600~800rpm으로 수행하는 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체 제조방법.
The method according to claim 11,
The stirring is a self-healing silicone insulator manufacturing method, characterized in that performed at 600 ~ 800rpm.
청구항 11에 있어서,
실리카 코팅 전구체를 더 첨가하여 상기 캡슐을 실리카 코팅하는 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체 제조방법.
The method according to claim 11,
A method of manufacturing a self-healing silicone insulator, characterized in that the capsule is silica coated by further adding a silica coating precursor.
청구항 10에 있어서,
상기 코어재가 아민계인 마이크로 캡슐은
내부가 비어있는 홀 캡슐(Hollow capsule)을 제조하는 단계;
상기 홀 캡슐을 상기 아민용액이 담겨있는 수조에 담그고 진공을 가하여 상기 홀 캡슐에 아민용액이 채워지게 하는 단계; 및
상기 수조 바닥에 가라앉은 캡슐을 수득하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 실리콘 절연체 제조방법.
The method according to claim 10,
The core material is an amine-based microcapsule
Manufacturing an empty hollow capsule;
Dipping the hole capsule in a water tank containing the amine solution and applying a vacuum to fill the hole capsule with an amine solution; And
Obtaining a capsule that has sunk to the bottom of the water tank;
Self-healing silicone insulator manufacturing method comprising a.
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