KR102237798B1

KR102237798B1 - 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법

Info

Publication number: KR102237798B1
Application number: KR1020200073173A
Authority: KR
Inventors: 윤숙현
Original assignee: 윤숙현
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2021-04-08

Abstract

본 발명은 교반기에, 1)메틸트리메톡시실란 2)아이소프로필알콜을 같은 중량비율로 1차 교반하고, 이어 3)테트라에톡시실란, 4)초산을 1.5~2:1 비율로 2차 교반하여 교반물A를 얻는 과정; 별도 교반기에 5)콜로이달실리카와, 6)증류수를 교반하여 교반물B를 얻는 과정; 교반물A에 교반물B의 1/n을 1차 첨가 후 1차교반, 나머지 교반물B중 일부인 1/n을 차례로 10도 상승시마다 반복 첨가하여, 60도가 되면 첨가를 마무리하고, 교반만 지속하여 80도 되면 중단하여 교반물C를 얻는 과정; 교반물C에 7)하이드록시프로필셀룰로스, 8)부톡시에탄올부, 9)글리시독시프로필트리메톡시실란을 차례로 교반, 숙성하여 실리콘바인더인 교반물 D를 얻는 세라믹바인더 제조공정; 및 교반물D에 무기물을 믹싱하여 내열성, 내수성을 위한 균질화 과정을 수행하여 무기교반물E를 제조하는 무기분말 혼합과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법이다.

Description

무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법{Method for manufacturing inorganic ceramic heat-resistant coating material}

본 발명은 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법에 관한 것이다.

바인더(Binder)는 서로 다른 재질의 물질을 결합시켜 최종 용도에서 접착력, 도막물성 또는 내화학성과 같은 요구 특성을 부여하는 재료를 말한다. 바인더는 크게 유기계 바인더와 무기계 바인더로 나누어질 수 있고 유기계 바인더는 탄소 결합 또는 에테르 결합에 의하여 물질의 결합을 형성하고 그리고 무기계 바인더는 Si-O 결합 또는 Al-O 결합에 의하여 물질을 결합시킨다. 바인더는 도료, 방수제, 섬유 또는 고무와 같은 다양한 소재의 제조를 위하여 사용될 수 있다. 한편 세라믹이란 소성에 의하여 굳게 만들어진 무기질 비금속으로 주로 산소와 결합된 비금속 고체를 의미한다.

다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 유기바인더가 가지는 문제점은 휘발성 유기 화합물( Volatile Organic Compounds: VOC)을 발생시킬 수 있다는 것이다. 휘발성 유기 화합물은 환경에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대하여 규제가 점차로 강화되고 있다. 이와 같은 유기바인더에 대한 대안으로 수성바인더 또는 무기바인더가 제안되고 있다.

무기계 바인더의 제조방법과 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2001 - 0027894호 "실리카계 바인더 및 그의 제조방법"이 있다. 상기 선행기술은 유리, 단결정 실리콘, 금속 표면에 코팅되어 박막을 형성할 수 있는 접착력이 우수한 실리카(SiO2)계 코팅물질 및 그 제조방법에 관한 것으로 Si(OC2H5)4 또는 에틸실리케이트를 산수용액에 가수분해하여 만들어진 실리카 졸(silica sol)과 폴리실록산 (polysiloxane) 또는 R2Si(OR')2(R은 CH3 그리고 R'는 H, CH3 및 CH2CH3 중에서 선택된 어느 하나)를 반응시켜 제조된 Si-CH3 기를 가지게 되어 점도가 낮으면서 접착력이 우수한 실리카 졸 바인더에 대하여 개시하고 있다. 무기계 바인더의 제조방법과 관련된 다른 선행기술로 특허등록번호 제0758286호 “무기폴리머 바인더의 제조방법”이 있다. 상기 선행기술은 -Si-O-의 결합단위를 기본으로 하는 모노실록산 (monosiloxane)의 반복단위(n)가 27~30개 그리고 -Si-O-Si-결합단위를 기본단위로 하는 디실록산(disiloxane)의 반복단위가 15~18개인 무기계 바인더에 대하여 개시하고 있다.

일반적으로 주방용품, 난반용품 등 내열성을 필요로 하는 소재 분야에서는 졸-겔(sol-gel) 반응을 이용하여 실리카 졸과 실란을 반응시켜 코팅제를 제조하는 방법을 많이 사용한다.

이러한 방법으로는 종래에 2가지 방법이 제시되어 있다.

1).실리카 졸, 실란(silane), 알코올, 염기촉매 혹은 산촉매를 혼합하고 교반하여 코팅제를 구성하는 방법(이하 '종래방법 1' 이라 함)이 있다.

2).실리카 졸에 촉매를 일부 첨가하여 1액을 만들고, 실란을 2액으로 하여 양자를 먼저 혼합하고 교반하여 반응시키고 일정한 시간 동안 숙성시킨 후 알코올을 3액으로 첨가하여 다시 교반후 숙성하여 코팅제를 만드는 방법(이하 '종래방법 2'라 함)이 있다.

그리고 유색 코팅제를 제조하는 경우에는 마지막 공정에 안료를 더 첨가하여 코팅제를 제조하게 된다.

그런데 종래방법 1의 경우에는 상온에서 48시간이 지나면, 축합반응 (condensation reaction)에 의하여 코팅제가 겔(gel)화 되면서 더 이상 작업을 할 수가 없어서, 코팅제의 장시간 보관이나 장거리 운송이 어려운 문제점이 있다.

또한 종래방법 2의 경우에는 실리카 졸에 촉매가 첨가되기 때문에 1액의 장기 보존이 어려워지고, 역시 코팅제를 구성한 뒤의 사용시간인 작업시간이 48시간을 넘지 못하는 문제점이 있다. 따라서 장기간의 보관 및 운송을 요하는 해외 수출 등에서는 큰 걸림돌이 되어 왔다.

한편 종래방법 1, 2에 의하여 제조되는 코팅제는, 양자 모두 코팅제 도장 전에 해당 소재에 대한 예열이 필요하고, 도장 공정 진행시에 200℃ 이상의 고온 건조 공정이 필요한 문제점도 있다.

이를 위하여 코팅제의 작업 시간을 연장하며, 예열 및 고온 건조 등 작업 조건의 한계를 극복하여 불연성을 갖도록 한 코팅제 조성물인 장기 보존이 가능한 무기불연 세라믹 바인더 제조방법이 국내공개특허10-2019-0005924호로 개시되었는바, 메톡시실란(Methoxysilane) 35~38중량%에 아이소프로필알코올(IPA) 25~35중량% 첨가하여 5~10분 1차 교반하면서 테트라에톡시실란(TEOS) 1.5~5중량%를 서서히 투입하여 분산시키면서 1-1액을 제조하는 제 1-1단계;

1-1액에 산촉매를 1.5~2.5 중량% 적하(dropping)하여 투입하면서 20~30분 교반하여 1-2액을 제조하는 제1-2단계;

콜로이달실리카(실리카졸) 10~15중량%에 증류수 8~15중량%를 혼합 및 교반하여 2액을 제조하는 제 2단계;

상기 2액을 상기 1-2액에 조금씩 반복 투하하되, 초기 투하시 백색으로 변하면 교반하여 투명으로 될 때 까지 교반하고, 투명으로 변하면 다시 2액을 일부 투하하여 역시 투명으로 될 때까지 총 20~30분 반응을 시키는 제 3단계;

이어 에폭시실란 0.5~1.5중량%를 서서히 투입하여 접착성을 향상시키는 제 4단계를 수행하는 무기불연 세라믹 바인더 제조방법이다. 그러나 이는 보관기간 연장의 효과는 있으나, 아이소프로필알콜의 첨가량이 작아서 분산성이 낮아져서 교반 시간이 많아져서 제조 시간이 많이 소요되고, 시각적으로 교반 상태를 확인하여야 하므로 고도의 숙련된 사람이 필요하며, 분산성이 낮으므로 기능성 무기분말 첨가시 원하는 기능 구현이 일정하지 않게되는 문제점이 있다.

본 발명은 이를 해결하고자 하는 것으로 본 발명의 목적은 메톡시실란과 아이소프로필알콜을 1:1 비율로 교반하여 메톡시실란의 희석도를 높여 점도를 낮추어 테트라에톡시실란 첨가시 분산성을 향상시켜 점도를 높이도록 하는 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실란을 희석시켜 초산을 교반한 교반물A에 콜로이달시리카 희석 교반물B를 교반할 때 교반물B를 나누어 온도상승시마다 교반하여 정확한 교반물C를 얻어 초보자라도 정확한 교반을 가능토록 하는 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실란을 희석시켜 초산을 교반한 교반물A에 콜로이달시리카 희석 교반물B를 교반한 교반물C가 가열상태를 이루도록 하여 추가 첨가하는 분산제가 잘 녹게되어 분산성이 유지되는 교반물D를 제공하므 보관기간이 6개월 내지 1년을 유지하도록 하는 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 교반물D 가 분산성이 좋아져서 무기입자를 첨가하여도 내열성, 내식성, 내수성의 기능을 구현 가능한 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법을 제공하려는 것이다.

이를 위한 본원발명은 1) 메틸트리메톡시실란330~370중량부;

2) 아이소프로필알콜330~370중량부를1:1비율로 교반,

3) 테트라에톡시실란30-40중량부를 혼합교반하고,

4) 초산20중량부를 촉매로 교반하여 교반물A를 얻는다.

5) 콜로이달실리카258-300중량부;

6) 물(H2O)60중량부를 4.3~5:1 비율로 교반-교반물B를 얻는다.

교반물B 일부를 1/n로 나누어 교반물A에 반복 첨가하되 일정온도 상승시 마다 반복 첨가 60도 까지 교반, 60도가 되면 80도 될 때 까지 교반만하여 교반물C를 얻음.

교반물C에 7) 하이드록시프로필셀룰로스 7-15중량부,

8)부톡시에탄올 10-12중량부,

9) 글리시독시 프로필 트리 메톡시 실란 3-7중량부를 순차 첨가하면서 교반하여 교반물 D 얻는 세라믹바인더 제조공정; 및

교반물D에 10) 붕화물(분말)50-80중량부,

11) 인산아연 50-80중량부,

12)그린실리콘카바이드50-80중량부를 순차 첨가 믹싱하여 무기교반물E를 얻는 파우더 혼합공정을 수행하는 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법을 제공하려는 것이다.

이상과 같이 본원발명은 하기와 같이 다양한 효과를 제공한다.

효과1. 5)콜로이달실리카와 4) 초산을 구분하여 별도로 교반한다.(유사1등록10-0732085호 종래방법2는 콜로이달실리카에 촉매를 먼저 혼합한다)---초기 자체 가수분해반응 촉진을 방지한다.

효과2. 가수분해 발열물C를 얻는 과정에서 온도 상승을 기준으로 순차 첨가하므로 교반시간이 단축되고 과정상 오류가 없게되어 비숙련자도 제조 가능하게 된다.

효과3. 가수분해 발열 교반물C가 60-80℃ 자체 가열되므로 7), 8), 9)를 순차 첨가 교반시 교반물D의 증점성이 높아져 점도를 높이므로 바인더로서의 성능을 향상시킨다.

효과4. 교반물D과정에서 밀봉하여 알콜성분 증발을 막아 점도상태를 유지한다.

효과5. 교반물D 과정에서 처음1-6시간은 발열과정으로 바인더의 가수분해반응을 완료하고, 다음 2내지 6시간은 발열된 온도에서 상온이 되도록 냉각 숙성하여 실란성분이 균일하게 분산된 상태를 유지하므로 바인더 자체의 보존성이 6개월에서 1년 까지 보존 가능하게 된다.

효과6. 교반물D 가 분산성이 좋아 무기입자를 첨가하여도 내열성, 내식성, 내수성을 안정되게 제공한다.

효과7; 무기교반물E가 점도가 높고 내수성이 있어 코팅점착성이 향상된다.

효과8. 바인디 제조 및 보관과 사용시 무기첨가제 공정을 구분하여, 바인더 보관기간을 연장하고, 무기첨가제는 필요시 첨가하여 원하는 기능성 성능을 안정되게 구현 가능토록 한다.

도 1은 본원발명의 공정도,
도 2는 본원발명의 교반기 구성도,
도 3은 본원발명의 온도 기준 파형도,
도 4는 도 2의 제어구성도,
도 5는 본 발명의 제어흐름도이다.

이하 본원발명을 상세히 설명한다.

용어정리

◎실란화합물--

＋2

◎알콕시실란(오르가노알콕시실란)--

(--R, R'가 알킬기[

－]이고, n=1~3이면 알킬알콕시실란(alkylalkoxysilane))

◎알콕시기

=RO-, 메톡시(

), 에톡시(

)

◎알킬기[alkyl group] 사슬모양 포화탄화수소에서 1개의 수소를 제외한 나머지 원자단이다.

일반식은

－로 표시되며 약호는 R이다. 메테인(methane)의 수소 1개를 제외한 CH3-는 메틸(methyl), 에틸 C2H5-, 프로필 CH3CH2CH2-, 부틸 CH3CH2CH2CH2－이 있다.

◎아이소 [iso]

이성질체를 나타내는 데 쓰이는 말. 널리 사용되고 있지만 관용명이므로 화합물의 구조식을 알 수는 없다.

◎히드록시(하이드록시) [hydroxy, Hydroxy] --공식명칭 하이드록시

OH기의 존재를 의미하는 접두어. 예전에는 유기 화합물의 분자 내에 존재하는 OH기를 옥시로 명명하였으나 현재는 히드록시라 하게 되었다.

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◎실란화합물

넓은 의미로는

＋2

의 조성인 수소화규소를 총칭하며, 좁은의미 n＝1인 모노실란.

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오르가노알콕시실란(오르가노알콕시실레인) [organoalkoxysilane]

공식명칭 ; 오르가노알콕시실레인

으로 표시되는 화합물의 총칭(R'는 알킬기, 단 n＝1~3). R가 알킬기인가 아릴기인가에 따라서 각각 알킬알콕시실란(alkylalkoxysilane) 또는 아릴알콕시실란( arylalkoxysilane)으로 불리어진다.

유기 규소 화합물[organosilicon compound]

보통 그 분자 중에 규소-탄소 결합을 갖는 유기 화합물을 말한다. 넓은 의미로는 유기기가 탄소 이외의 원소를 매개로 규소와 결합하고 있는 화합물이다.

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알콕시 [alkoxy]

알킬기가 산소와 결합된 형의 1가의 원자단. CnH2n＋1O-, 약호 RO-로 표시된다. 예를 들면, | 메톡시 | CH3O- | 부톡시 | C4H9O- | | 에톡시 | C2H5O- | 펜틸옥시 | C5H11O- | | 프로폭시 | C3H7O- | 헥실옥시 | C6H13O- |

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알킬기[alkyl group]

사슬모양 포화탄화수소에서 1개의 수소를 제외한 나머지 원자단이다.

일반식은 CnH2n+1－로 표시되며 약호는 R이다. 알킬기라는 이름은 모체가 되는 포화탄화수소(알케인, alkane)의 어미를 -yl로 바꾸고 알킬 alkyl로 표현한다. 예를 들어, 메테인(methane)의 수소 1개를 제외한 CH3-는 메틸(methyl)이 된다. 이 밖에 에틸 C2H5-를 비롯하여 프로필 CH3CH2CH2-, 뷰틸 CH3CH2CH2CH2－ 등이 잘 알려져 있다.

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알콕사이드[alkoxide]

알코올의 수산기(OH기)에 있는 수소를 금속으로 치환한 화합물을 총칭하는 것으로, 세라믹스 분말 원료나 졸-젤법에 의한 유리 원료로 쓴다.

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TEOS

공식적으로 테트라에톡시 실란이고, 약칭 TEOS로 명명 된 테트라에틸오르토실리케이트인 화학식 Si (OC2H5)4 의 화합물이다. TEOS는 물에서 분해되는 무색 액체이다. TEOS는 오르토 규산, Si (OH)4 의 에틸 에스테르이다. 실리콘의 가장 일반적인 알콕시드이다.

TEOS는 사면체 분자로 사염화 규소의 알코올 분해에 의해 제조된다.

SiCl4 + 4 EtOH → Si (OEt) 4 + 4 HCl

여기서 Et는 에틸기, C2H5이므로 EtOH는 에탄올이다.

TEOS는 에어로겔 생산에 사용된다. 이들 응용은 Si-OR 결합의 반응성을 이용한다.

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글리시독시 프로필 트리 메톡시실란-OFS-6040

XIAMETER ™ OFS-6040 실란은 글리 시독시 반응성 유기기 및 트리 메톡시 실릴 무기기를 함유하는 이작용성 실란이다. γ- 글리시독시 프로필 트리 메톡시 실란으로 표시된다. 이 글리 시독시 작용성 실란은 많은 상이한 유형의 유기 중합체와 반응성이다.

OFS-6040 실란은 희석 된 수용액 (0.1 내지 0.5 % 실란 농도)으로서 무기 표면에 적용될 수 있다. OFS-6040 실란의 수용액은 제조 후 24 시간 이내에 사용하는 것이 좋다. 오래된 용액은 흐릿해지기 시작 합니다. 미네랄 충전제의 경우, 추가 용매 없이 몇 분 동안 매우 낮은 전단에서 실란과 혼합함으로써 미네랄을 처리 할 수 있다. 실란은 물 또는 용매로 희석 될 수 있다.

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성분 및 첨가량 정리

1) 메틸트리메톡시실란 330~370중량부

[

]-[OFS-6070](다우실리콘 코퍼레이션 사 제품)(분산제)

(실란화합물→알콕시실란→메틸트리메톡시실란)

2) 아이소프로필알 330~370중량부

[

,

]--용해 용

[1):2)=1:1비율로 교반]

3) 테트라에톡시실란 30-40중량부

[TEOS;Tetraethoxysilane;Si

]-[OFS-6697](다우실리콘 코퍼레이션 사 제품)(분산제)

1)+2)의 교반물에 3)을 혼합교반하여 1)의 분산성을 향상시켜 점결성 부여

4) 초산(Acetic Acid; C

COOH 촉매) 20중량부

1), 2), 3), 4)의 교반[교반물A][3):4)=1.5~2:1의 비율로 교반] 에는 촉매 반응 없어 보관 가능하고,

4)촉매는 5), 6) 교반물과만 반응촉진한다.

5) 콜로이달실리카 258-300중량부

colloid 상태의 SiO2 입자로, 통상 silica라고 하며, 입자의 크기는 수십nm~ 수㎛까지 다양하고, colloidal silica는 물이나 에탄올의 분산상에 실리카 입자들이 분산된 상태의 물질이다.[응결제로 작용--일본 일휘촉매화성사 Cataloid SN]

6) 물(H₂O) 60중량부---[5):6)=4.3~5:1 비율로 교반-교반물B]

교반물B 일부를 반복하여 교반물A에 첨가하되 일정온도 상승시 마다 반복 첨가 교반, 60℃도 되면 80℃ 될 때 까지 첨가 없이 교반만하여 교반물C 얻는다.

7) 하이드록시프로필셀룰로스

7-15중량부,

[HPC; hydroxypropyl cellulose; Cellulose 2-hydroxypropyl ether]-세라믹증점제

8)부톡시에탄올 10-12중량부,

[Butoxyethanol;

]--바인더 건조지연, 증점제를 잘 녹여준다

9) 글리시독시 프로필 트리 메톡시 실란 3-7중량부,

[Glycidoxy propyl tri methoxy silane](XIAMETER ™ OFS-6040 실란)

--다양한 열경화성 수지와 유리 또는 미네랄의 커플링제, 결합제--

교반물C에 7),8),9)를 순차 첨가하면서 교반하여 세라믹바인더인 교반물 D 얻는다.

10) 붕화물([TBN(Tib2-BN)분말) 50-80중량부,

11) 인산아연[zinc phosphate]-[Zn₃(PO₄)₂] 50-80중량부,

녹는점 980도, 흰색분말결정(white crystal), 가열하면 100℃에서 2H2O, 190℃에서 3H2O, 약 250℃에서 4H2O를 잃고 무수염이 된다. 물에 거의 녹지 않는다. 그 용해도는 온도 상승에 따라 오히려 감소한다. 묽은 산에 잘 녹는다. 암모니아수, 암모늄염 용액에 녹는다. 에탄올에 녹지 않는다. 한창IND사 제품--녹는점 900℃.

12)그린실리콘카바이드[Green Silicon Cabide-방열물질--쇼와덴코사 그린카바이드#6000] 50-80중량부,

교반물D에 10),11),12)를 순차 첨가 믹싱하여 무기교반물E를 얻음

제조공정

Ⅰ. 세라믹바인더 제조공정(교반기;Agitator) --250~300rpm

도 1에 보인 교반기(1)는 측벽에 내부온도 감지용 센서(2)를 설치하고, 센서(2)의 센싱값은 내장된 아날로그디지탈변환기에 의하여 디지털 값으로 변환되어 제어부(3)가 인식할 수 있는 상태로 제공된다. 제어부(3)은 인식 온도를 디스플레이(4)에 나타내어 제 3자가 외부에서 확인 가능토록 한다. 제어부(3)의 출력포트(O1)는 모터(5)의 회전을 지령하고(물론 회전하기 위하여 모터드라이버가 설치되어야 하나 이의 도시는 생략한다), 필요시 공급기(6)에서 공급되는 원료 첨가제 공급용 밸브(V1)를 개폐시키도록 제어한다. 밸브(V1) 개폐는 예를 들어 솔레노이드를 구동하여 정회전 또는 역회전하면서 개폐하는 것을 예시할 수 있으나 이에 한정하지는 않는다. (7)은 교반날개이다. 이후에 교반, 첨가는 도 1 의 교반기(1)를 이용하는 것으로 관련 부호를 일일이 병기하여 설명하지는 않는다.

도 4는 도 2의 제어 구성 예시도로, 적외선센서(2)는 교반물에서 발산되는 자외선을 인식하는 센서부(2-1)와, 센서부(2-1)의 인식값을 디지털 값으로 변환하는 아날로그디지털변환기(2-2)로 이루어진다. 모터(5)는 제어부(3)의 출력단(O1)과 연결되어 모터(M)를 구동하는 모터구동부(5-1)를 포함한다.

교반기(1) 내부에 공급기(6)를 통하여 1) 메틸트리메톡시실란(

)분말[OFS-6070](다우실리콘 코퍼레이션 사 제품) 330-370중량부 에

2) 아이소프로필알콜 330-370중량부-를 1)의 용해용으로 1:1비율로 공급하여 알콜에 의한 점도가 낮아지도록 교반기(1)에서 교반날개(7)를 회전시켜 10~20분 교반 후,

3) 테트라에톡시실란([TEOS;Tetraethoxysilane]-[OFS-6697](다우실리콘 코퍼레이션 사 제품)(분산제)) 30-40중량부를 더 혼합하여, 10~15분 교반, 1)의 점도가 낮아진 상태에서 TEOS가 분산성을 향상시켜 균일한 점결성 부여하도록 작용한다.

4) 초산(Acetic Acid)15-20중량부[3):4)는 1.5~2:1비율], 1)+2)+3)교반물 690-780중량부에 적하하여 초산이 함께 분산되도록 하여 교반물A 710-800중량부를 얻는다.

5) 콜로이달실리카(일본 일휘촉매화성사 Cataloid SN) 260-300중량부에,

6) 물(H2O) 60중량부를 교반 혼합하여 교반물B 320-360중량부를 얻는다.

교반물B(320-360중량부)를 나누어 교반물A(710-800중량부)에 서서히 투하 및 교반하되, 온도를 기준으로 과정별 교반을 도 5 와 같은 과정으로 수행 한다.

1) 교반물B 일부(예를들어 80중량부)를 교반물A에 투하 시 콜로이달실리카와 알콕시실란(메틸트리메톡시실란, 테트라에톡시실란)이 가수분해 반응으로 거품 발생하면서 발열시작, 교반3-5분 발열 시작 시 불투명에서 투명화 되는데 온도가 상온20℃에서 30℃로 상승하는 시점과 일치하는 과정1(S1),

2) 다시 나머지 교반물B 일부(80중량부)를 투하, 가수분해에 의한 거품이 발생, 발열반응, 교반3-5분, 불투명에서 투명화되면서 온도가 40℃로 상승하는 과정2(S2) 를 수차례 반복[교반물B가 소진시의 과정4(S3, S4) 까지], 교반조건 250~350rpm, 250rpm 미만시 교반시간이 늘어나고, 350rpm 초과시 겔화 현상으로 점도가 너무 높아진다. 과정1(S1)에서는 초기(상온 20℃에서 시작) 발열된 온도가 30℃ 라면, 과정2(S2)는 40℃, 과정3(S3)은 50℃, 과정4(S4)은 60℃로 온도가 상승한다. 60도로 상승하면 이후 교반만 수행하여 80℃가 되면, 교반을 종료한다.

3) 60℃가 되면 추가 교반(80℃에 이름), 졸 상태, 교반물C를 얻는다[과정(S5)].

교반물C에 7) 하이드록시프로필셀룰로스 분말(증점제) 7-15중량부를 서서히 투하, 증점제 첨가로 점도 증가시키고, 8) 부톡시에탄올 10-12중량부를 적하, 교반물C 의 건조지연, 증점제(HPC)를 잘 녹여주어 균일 분산을 유도, 9) 글리시독시 프로필 트리 메톡시 실란(XIAMETER ™ OFS-6040 실란) 3~7중량부 첨가로 분산 상태를 유지 시켜 준다.

밀봉 상태로 일차2~6시간 교반시 발열반응, 이차2~6시간 교반시 숙성(발열온도? 중지, 온도 상온으로 냉각)하여 세라믹바인더인 교반물D를 얻는다.

Ⅱ. 무기파우더 혼합공정(호모 믹서기;Homo Mixer)

교반물D를 800~900rpm의 호모믹서기에 넣고 믹서기 로터를 회전시키면서

10) 붕화물[TBN(TiB2-BN)] 50-80중량부(내열제, 녹는점 2076℃), 11)인산아연[Zn₃(PO₄)₂] 50-80중량부(무수염작용제), 12)그린카바이드 50-80 중량부 (내열, 내마모제)를 차례로 혼합하여 무기물 입자가 균일하게 분산되어 상태를 유지하도록 믹싱을 3~4시간 수행하는 믹싱 및 숙성과정의 무기교반물E를 얻는다.

이하 본원빌명의 실시예 및 비교예를 설명한다.

<비교예 1>

1. 1)메틸트리메톡시실란인 다우실리콘 코퍼레이션사 상품명OFS-6070 420그람?, 에 2) 아이소프로필알코올 300그람을 혼합하여 15분 교반 후, 3) 테트라에톡시실란인 다우실리콘 코퍼레이션사 상품명OFS-6697 20그람을 더 혼합하여 15분 교반하고, 산 촉매인 4) 초산 20그람 을 혼합하여 교반물(1액)을 만들고,

2. 5)실리카졸인 일본 일휘촉매화성사 상품명 Cataloid SN 140그람을 6)물 120미리리터 에 혼합하여 교반한 교반물2(2액)를 만들고,

3. 2액을 별도 응결제로 기능하도록 1액에 혼합교반하여 코팅제 조성물을 제조한다.

4. 코팅제 조성물 1100g에 불화물 60g, 인산아연50g, 그린실리콘카바이드60g을 혼합 교반하여 도장하였다.

도장시, 샌드 블라스트(sand blast) 처리된 알루미늄 소지에 예열 후 도장하여 130~150℃ 사이의 온도에서 건조하였다.

그 결과 건조된 도막은 외관이 뛰어났으며 광택도 65로 좋았다. 또한 부착성은 알루미늄 소지로부터 박리되지 않아서 좋았으며, 연필경도 또한 8H로 좋았다. 유연성은 보통이고, 보관안정성은 1년이었으며, 코팅제의 사용시간(port life)은 168시간이었다. 내열온도는 900℃ 이었다

<비교예 2>

비교예 2는, 메톡시실란인 다우코닝사 상품명OFS-6060 380그람에 아이소프로필알코올(IPA)300그람을 첨가하여 7분간 1차 300rpm으로 교반하면서 테트라에톡시실란(TEOS)인 다우코닝사 제품 상품명 OFS-6697 20그람을 서서히 투입하여 분산시키면서 1-1액을 제조하는 제 1-1단계;

1-1액에 산촉매인 초산 20그람을 적하(dropping)하여 투입하면서 20~30분간 300rpm으로 교반하여 1-2액을 제조하는 제 1-2단계;

콜로이달실리카(실리카졸) 140g에 증류수 120g을 300rpm으로 혼합 및 교반하여 2액을 제조하는 제 2단계;

상기 2액을 상기 1-2액에 조금씩 반복 투하하되, 초기 투하시 백색으로 변하면 300rpm으로 교반하여 투명으로 될 때 까지 교반하고, 투명으로 변하면 다시 2액을 일부 투하하여 역시 투명으로 될 때까지 300rpm으로 교반하는 방식으로 총 30분 반응을 시키는 제 3단계;

이어 에톡시실란인 다우코닝사 OFS-6040 10그람을 서서히 투입하여 접착성을 향상시키는 제 4단계를 수행하여 코팅제 조성물을 제조하고,

코팅제 조성물 1100g에 불화물 80g, 인산아연80g, 그린실리콘카바이드80g을 혼합 교반하여 도장하였다.

샌드 블라스트(sand blast) 처리된 알루미늄 소지에 예열 후 도장하여, 60~100℃ 사이의 온도에서 건조하였다.

그 결과 건조된 도막은 외관이 뛰어났으며 광택도는 57로 좋았다. 그리고 부착성은 박리되지 않아서 좋았으며, 연필경도 또한 8H로 좋았다. 유연성은 보통이었다. 보관안정성은 1년이었으며, 코팅제의 사용시간(port life)은 168시간이었다. 내열온도는 900℃ 이었다.

실시예1

Ⅰ. 세라믹바인더 제조공정(교반기)

교반물A 제조공정

교반기1에,

1) 메틸트리메톡시실란[OFS-6070](다우실리콘 코퍼레이션 사 제품)분말330g 에

2) 아이소프로필알콜------------330g을 교반기에서 10~20분 교반 후,

3) 테트라에톡시실란([OFS-6697](다우실리콘 코퍼레이션 사 제품)) 액 30g을 투입 10~15분 교반,

4) 초산(Acetic Acid)20중량부를 적하시켜 교반물A 710g을 얻었다.

다른 교반기2에서의 교반물B 제조공정

5) 콜로이달실리카(일본 일휘촉매화성사 Cataloid SN)260g에

6) 물(H2O)60g을 교반 혼합하여 교반물B 320g을 얻었다.

교반물C 제조공정

3. 교반물B(320g)를 나누어(1/4) 교반물A(710g)에 서서히 투하 및 교반, 교반조건은 온도 기준 과정별 첨가한다. 첨가하는 과정은 도 3 상태를 예시할 수 있다.

1) 교반물B 일부(1/4)를 교반물A에 투하 교반기에서 교반시 교반물B를 이루는 콜로이달실리카와 교반물A를 이루는 알콕시실란(메틸트리메톡시실란, 테트라에톡시실란)이 가수분해 반응으로 거품 발생하면서 발열시작 한다. 교반은3-5분이고 상온(20℃)에서 발열 시작 시 불투명에서 투명화 되는 시간이 온도가 10℃ 상승하는 시간과 일치함을 알고 30℃ 되는 시간에 교반을 멈추고(과정1),

2) 다시 나머지 교반물B에서 일부(1/4)를 투하로, 가수분해에 의해40℃로 상승되는 시간이므로 이 시점에 교반을 멈추고(과정2), 다시 첨가하는 것을 반복(교반물B가 소진되는 과정4 까지), 교반조건 250~350rpm이며, 250rpm 미만시 교반시간이 늘어나고, 350rpm 초과시 겔화 현상으로 점도가 너무 높아진다.

3) 과정4는 온도가 60℃가 되면 멈추는 것으로, 과정4 후 10~20분 추가 교반(80℃에 이르면 교반을 멈춤)하여 졸 상태인 교반물C를 얻는다.

교반물D 제조공정

교반물C에,

7) 하이드록시프로필셀룰로스 분말(증점제) 7g을 서서히 투하 3-5분 교반

8) 부톡시에탄올 10g을 적하,

9) 글리시독시 프로필 트리 메톡시 실란(XIAMETER ™ OFS-6040 실란)7g 첨가 후, 밀봉하여 일차 6시간 교반시 발열반응, 이차 6시간 교반시 숙성(상온으로 냉각)하여 세라믹바인더인 교반물D를 얻는다.

Ⅱ. 무기파우더 혼합공정(호모 믹서기;Homo Mixer)

10) 붕화물[TBN(TiB2-BN)] 50-80중량부(내열제, 녹는점 2076℃), 11)인산아연[Zn₃(PO₄)₂] 50-80중량부(무수염작용제), 12)그린실리콘카바이드 50-80 중량부(내열, 내마모제)를 차례로 혼합하여 무기물 입자가 균일하게 분산되어 상태를 유지하도록 믹싱을 3~4시간 수행하는 믹싱 및 숙성과정의 무기교반물E을 얻어 코팅할 금속판을 60℃ 예열 한 다음 코팅하였다.

그 결과 건조된 도막은 외관이 뛰어났으며 광택도는 57로 좋았다. 그리고 부착성은 박리되지 않아서 좋았으며, 연필경도 또한 8H로 좋았다. 유연성은 보통이었다. 보관안정성은 1년이었으며, 코팅제의 사용시간(port life)은 240시간이었다. 내열온도는 1100℃ 이었다.

실시예2

실시예1과 동일하되 10메틸메톡시실란340g, 2)아이소프로필알콜340g, 10)붕화물60g, 11)인산아연 60g, 12)그린실리콘카바이드 60g을 첨가하는 것 외에는 동일하게 제조하여 금속판을 60℃로 예열한 후 코팅하였다.

실시예3

실시예1과 동일하되 10메틸메톡시실란350g, 2)아이소프로필알콜350g, 3)테트라에톡시실란40g, 10)붕화물80g, 11)인산아연 80g, 12)그린실리콘카바이드 80g을 첨가하는 것 외에는 동일하게 제조하여 금속판을 60℃로 예열한 후 코팅하였다.

그 결과 건조된 도막은 외관이 뛰어났으며 광택도는 57로 좋았다. 그리고 부착성은 박리되지 않아서 좋았으며, 연필경도 또한 8H로 좋았다. 유연성은 보통이었다. 보관안정성은 1년이었으며, 코팅제의 사용시간(port life)은 240 시간이었다. 내열온도는 1150℃ 이었다.

실시예 1 내지 3은 비교예 1 및 2에 비하여 사용시간이 연장되었고, 내열온도가 높아졌다. 이는 함량비를 조절하여 실란의 분산성이 증대되고 HPC와 부톡시에탄올과 글리시독시프로필트리메톡시실란을 첨가하여 증점도를 높인 균질화상태에서 내열온도를 향상시키는 무기분말을 첨가하였기에 방열성이 향상된 것으로 판단된다.

1;교반기 2;센서 3;제어부 4;디스플레이 5;모터 6;공급기 7;교반날개 V1;공급밸브

Claims

교반기에,
1)메틸트리메톡시실란 330-370중량부,
2)아이소프로필알콜 330-370중량부,
를 같은 중량비율(1:1)로 1차 교반하고,
이어 3)테트라에톡시실란 30-40중량부,
4)초산 20중량부를 1.5~2:1 비율로 2차 교반하여 교반물A를 얻는 과정;
별도 교반기에 5)콜로이달실리카260~300중량부와,
6)증류수60중량부를 교반하여 교반물B를 얻는 과정;
교반물B 일부를 n 회로 나누고, 교반물A에 교반물B의 1/n을 1차 첨가 후 1차교반(상온20℃에서 10℃ 상승시 까지), 나머지 교반물B중 일부인 1/n을 차례로 10도 상승시마다 반복 첨가하여, 60℃가 되면 첨가를 마무리하고, 교반만 지속하여 80℃ 되면 중단하여 교반물C를 얻는 과정;
교반물C에 7)하이드록시프로필셀룰로스 7-13중량부,
8)부톡시에탄올 10-12중량부,
9)글리시독시프로필트리메톡시실란 3-7중량부를
차례로 교반하되, 밀봉 상태로 초기 2~6시간은 발열반응을, 발열반응 후 추가 6시간을 상온으로 숙성하도록 교반을 수행하여 실리콘바인더인 교반물 D를 얻는 세라믹바인더 제조공정; 및
교반물 D를 호모믹서기에 넣고, 10)붕화물 50-80중량부, 11)인산아연 50-80중량부, 12)그린실리콘카바이드50-80중량부의 무기분말을 차례로 첨가하여 3-4시간 믹싱상태로 숙성하여 내열성, 내수성을 위한 균질화 과정을 수행하여 무기교반물E를 제조하는 무기분말 혼합과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법.
제 1 항에 있어서, 교반기의 모터는 250~350rpm으로 교반날개를 회전하는 것을 특징으로 하는 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법.
제 1 항에 있어서, 교반물C를 얻는 과정에서 온도 측정은 교반기의 몸체에 설치되어 온도를 센싱하는 센서에서 온도를 인식하는 과정을 수행하는 것임을 특징으로 하는 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법.
제 1 항에 있어서, 교반물C를 얻는 과정에서 온도 측정은 교반기의 몸체에 설치되어 온도를 센싱하는 센서부의 센싱값을 아날로그디지탈변환 값으로 변환하여 인식하는 것임을 특징으로 하는 무기 세라믹 방열 코팅제 제조방법.
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