KR102512561B1 - 원적외선 방사 코팅제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 히팅 장치 또는 히팅 패널에 코팅됨으로써 복사열을 고효율로 방사하는 원적외선 방사 코팅제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 원적외선 방사 코팅제 조성물은, ZrO2(산화지르코늄)을 포함하는 분말 상의 방사 혼합물과, silica sol(실리카졸), IPA(이소프로페놀) 및 H2O(물)을 포함하는 액상 또는 젤(Gel)상의 부착 혼합물의 혼합으로 이루어지며, 상기 방사 혼합물 1 중량부에 대해 상기 부착 혼합물 4~9 중량부가 혼합되어 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 원적외선 방출 효과가 뛰어나며, 금속 모재에 대한 부착력 및 균열 저항성이 우수하여 모재의 열 팽창으로 인해 코팅에 균열이 생기거나 탈피되는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 원적외선 방사 코팅제 조성물은, ZrO2(산화지르코늄)을 포함하는 분말 상의 방사 혼합물과, silica sol(실리카졸), IPA(이소프로페놀) 및 H2O(물)을 포함하는 액상 또는 젤(Gel)상의 부착 혼합물의 혼합으로 이루어지며, 상기 방사 혼합물 1 중량부에 대해 상기 부착 혼합물 4~9 중량부가 혼합되어 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 원적외선 방출 효과가 뛰어나며, 금속 모재에 대한 부착력 및 균열 저항성이 우수하여 모재의 열 팽창으로 인해 코팅에 균열이 생기거나 탈피되는 현상을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 원적외선 방사 코팅제 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 히팅 장치 또는 히팅 패널에 코팅됨으로써 복사열을 고효율로 방사함과 더불어 모재의 열 팽창으로 인해 코팅에 균열이 생기거나 탈피되는 현상을 방지하기 위한 원적외선 방사 코팅제 조성물에 관한 것이다.
최근 에너지 절감이 강조되면서 산업 전 분야에 걸쳐 에너지 소모가 적은 고효율 설비의 개발에 필요성이 증가하고 있으며, 특히 고온의 열원을 사용하는 산업은 비용 절감 차원에서도 열효율 증대에 대한 많은 대처 방안들이 강구되고 있다.
일례로 자동차 산업 및 건축 자재 산업 등에서 사용되는 도장(Coating) 건조기는 필요한 부분에 집중적으로 열이 가해질 수 있도록 적외선을 이용한 복사열(Radiant heat) 방식을 적용하기도 한다.
현재 사용되고 있는 고온용 적외선 가열 장치는 열원의 열 전달을 위한 히팅 튜브 또는 히팅 패널의 외면에 세라믹 분말을 주성분으로 하는 원적외선 방사물질을 코팅하여 사용하고 있다.
하지만, 종래의 고온용 적외선 가열 장치는 모재가 스테인리스강(Stainless steel) 합금과 같은 금속 소재로 이루어져, 가열 시 모재의 열팽창으로 인해 코팅에 균열이 생기거나 탈피되는 문제점이 있었다.
특히 도장 산업 등 700℃ 이상 고온의 열원이 장시간 가해지는 경우 내구성이 급격히 저하해 사실상 적용이 불가능하였다. 더욱이 가열 온도를 급격히 상승하기 위해 모재인 히팅 튜브 또는 히팅 패널을 금속으로 적용하는 것 또한 코팅제의 탈피를 가속화하여 금속 모재를 통한 열효율 최대화 방안의 적용에 어려움이 따랐다.
따라서, 피 가열물에 대한 열 침투율이 높으면서도 내구성이 우수한 원적외선 방사 코팅제의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, ZrO2(산화지르코늄)을 주성분으로 하는 원적외선 방출 효과가 뛰어난 원적외선 방사 코팅제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 금속 모재에 대한 부착력 및 균열 저항성이 우수하여 모재의 열 팽창으로 인해 코팅에 균열이 생기거나 탈피되는 현상을 방지할 수 있는 원적외선 방사 코팅제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 원적외선 방사 코팅제 조성물은, ZrO2(산화지르코늄)을 포함하는 분말 상의 방사 혼합물과, silica sol(실리카졸), IPA(이소프로페놀) 및 H2O(물)을 포함하는 액상 또는 젤(Gel)상의 부착 혼합물의 혼합으로 이루어지며, 상기 방사 혼합물 1 중량부에 대해 상기 부착 혼합물 4~9 중량부가 혼합되어 이루어짐을 특징으로 한다.
여기서, 상기 방사 혼합물은 ZrO2(산화지르코늄) 93.5 ~ 95.5 중량%, Y2O3(산화이트륨) 4.4 ~ 6.4 중량%, SiO2(이산화규소) 0.02 ~ 0.05 중량%, TiO2(이산화티타늄) 0.02 ~ 0.05 중량%, Na2O(산화나트륨) 0.003 ~ 0.008 중량% 및 Fe2O3(삼산화이철) 0.004 ~ 0.011 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 부착 혼합물은 silica sol(실리카졸) 48 ~ 52.5 중량%, IPA(이소프로페놀) 24 ~ 26.5 중량%, H2O(물) 11 ~ 14 중량%, SiC(탄화규소) 0.03 ~ 9 중량%, AIN(질화알루미늄) 0.01 ~ 4 중량% 및 BN(질화붕소) 0.01 ~ 4 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방사 혼합물 및 부착 혼합물의 입도는 35 ~ 60 ㎛로 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 원적외선 방사 코팅제 조성물은 매우 높은 균열 전파에 대한 저항성 및 열 확장성을 지닌 ZrO2(산화지르코늄)을 주성분으로 이루어져 열 방사율이 높으면서도 열손실이 적어 열효율이 뛰어난 현저한 효과를 가진다.
또한, 고온 내구성의 부착용 첨가물질을 통해 금속 모재에 대한 부착력 및 균열 저항성이 우수하여 500℃~700℃의 열원이 하루 8시간 이상 지속적으로 공급되더라도 탈피 현상이 발생하지 않아 내구성이 뛰어난 현저한 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 원적외선 방사 코팅제 조성물로 이루어진 코팅층에서 방사되는 원적외선 파장은 3㎛~6㎛로, 이는 도료의 파장과 유사하여 피 건조물인 도료에 침투력이 강해 건조 효율이 높으면서 이상적인 도료 건조 결과물을 얻을 수 있는 현저한 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 원적외선 방사 코팅제 조성물에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 히팅 장치 또는 히팅 패널에 코팅됨으로써 복사열을 고효율로 방사함과 더불어 모재의 열 팽창으로 인해 코팅에 균열이 생기거나 탈피되는 현상을 방지할 수 있는 원적외선 방사 코팅제 조성물에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 ZrO2(산화지르코늄)을 포함하는 분말 상의 방사 혼합물과, silica sol(실리카졸), IPA(이소프로페놀) 및 H2O(물)을 포함하는 액상 또는 젤(Gel)상의 부착 혼합물의 혼합으로 이루어진다.
즉, 분말 상의 상기 방사 혼합물과 액상 또는 젤 상의 상기 부착 혼합물의 혼합으로, 상기 방사 혼합물 입자가 상기 부착 혼합물 상에 분산된 콜로이드(Colloid) 상태로 이루어진다.
여기서, 상기 부착 혼합물은 상기 방사 혼합물 1 중량부에 대해 4~9 중량부가 혼합되어 이루어 진다.
구체적으로, 상기 방사 혼합물은 ZrO2(산화지르코늄) 93.5 ~ 95.5 중량%, Y2O3(산화이트륨) 4.4 ~ 6.4 중량%, SiO2(이산화규소) 0.02 ~ 0.05 중량%, TiO2(이산화티타늄) 0.02 ~ 0.05 중량%, Na2O(산화나트륨) 0.003 ~ 0.008 중량%, Fe2O3(삼산화이철) 0.004 ~ 0.011 중량%를 포함하여 이루어진다.
ZrO2(산화지르코늄)은 매우 높은 균열 전파에 대한 저항성 및 열 확장성을 지니며, 열을 가했을 때 원적외선을 방사한다.
상기 ZrO2(산화지르코늄)은 상기 방사 혼합물 총 중량에 대하여 93.5 ~ 95.5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 ZrO2(산화지르코늄)이 93.5 중량% 미만이면 원적외선 방사 효율이 떨어져 최대의 방사 효율을 발휘할 수 없으며, 95.5 중량%를 초과하면 더 이상의 방사 효율 향상 효과를 기대하기 어렵고 오히려 원적외선 방사 코팅제의 부착력을 저하할 수 있다.
Y2O3(산화이트륨)은 열 충격에 대한 우수한 저항성을 지니며, 원적외선 방사선에 대한 우수한 투시도를 가진다. 또한, 금속에 대한 고착이 탁월하며, 상기 ZrO2(산화지르코늄)과 결합해 고온에서의 체적 변화로 인한 균열을 방지할 수 있다.
상기 Y2O3(산화이트륨)는 상기 방사 혼합물 총 중량에 대하여 4.4 ~ 6.4 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 Y2O3(산화이트륨)가 4.4 중량% 미만이면 모재에 대한 고착 성능이 떨어져 코팅제의 부착력이 저하될 수 있으며, 6.4 중량%를 초과하면 더 이상의 부착력 향상 효과를 기대하기 어렵고 비용 증가를 초래할 수 있다.
SiO2(이산화규소)는 실리카라고도 하며, 고온 내열성이 우수하며, 광 투과성이 우수해 원적외선 방사 효율증가에 도움을 준다.
상기 SiO2(이산화규소)는 기타 첨가 재료로써, 상기 방사 혼합물 총 중량에 대하여 0.02 ~ 0.05 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 SiO2(이산화규소)가 0.02 중량% 미만이면 부가적인 내열 성능 향상을 기대하기 어렵고, 0.05 중량%를 초과하면 경도를 증가시켜 코팅제의 부착력을 저하할 수 있다.
TiO2(이산화티타늄)은 불투명도 및 내구성을 제공하는 동시에 코팅제의 수명과 코팅막 표면을 보호한다. 더불어 촉매 역할을 해 도장 건조 작업에서 발생하는 유해한 가스를 제거하는 역할을 할 수 있다.
상기 TiO2(이산화티타늄) 기타 첨가 재료로써, 상기 방사 혼합물 총 중량에 대하여 0.02 ~ 0.05 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 TiO2(이산화티타늄)이 0.02 중량% 미만이면 목적하는 부가 효과에 해당하는 촉매 기능에 대한 효과를 충분히 발휘할 수 없으며, 0.05 중량%를 초과하면 더 이상의 촉매 효과를 기대하기 어렵다.
Na2O(산화나트륨)은 기타 첨가 재료로써, 코팅제의 부착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 Na2O(산화나트륨)은 상기 방사 혼합물 총 중량에 대하여 0.003 ~ 0.008 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
Fe2O3(삼산화이철)은 안료로써 소량 첨가된다. 상기 Fe2O3(삼산화이철)은 원적외선 방사량 및 방사 온도를 부가적으로 증가시키는 역할을 한다.
상기 Fe2O3(삼산화이철)은 상기 방사 혼합물 총 중량에 대하여 0.004 ~ 0.011 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 방사 혼합물의 기타 첨가 재료로써 첨가되는 상기 SiO2(이산화규소), TiO2(이산화티타늄), Na2O(산화나트륨), Fe2O3(삼산화이철)은 각각의 상한 첨가량을 초과하여 첨가되는 경우, 상대적으로 상기 ZrO2(산화지르코늄)의 함량을 감소시켜 코팅제의 원적외선 방사 효율을 저하할 수 있다.
다음으로, 상기 부착 혼합물은 silica sol(실리카졸) 48 ~ 52.5 중량%, IPA(이소프로페놀) 24 ~ 26.5 중량%, H2O(물) 11 ~ 14 중량%, SiC(탄화규소) 0.03 ~ 9 중량%, AIN(질화알루미늄) 0.01 ~ 4 중량%, B/N(질화붕소) 0.01 ~ 4 중량%를 포함하여 이루어진다.
silica sol(실리카졸)은 점성이 있는 액상 형태로써 바인더 역할을 하며, 상기 방사 혼합물 입자가 침강하지 않고 골고루 분산될 수 있게 한다. 상기 silica sol(실리카졸)은 콜로이달실리카(colloidal silica)라고도 할 수 있다.
상기 silica sol(실리카졸)은 상기 부착 혼합물 총 중량에 대하여 48 ~ 52.5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 silica sol(실리카졸)이 48 중량% 미만이면 목적하는 수준의 충분한 열전도율 효과를 발휘할 수 없으며, 52.5 중량%를 초과하면 더 이상의 열전도율 향상 효과를 기대하기 어렵고, 점성이 증가해 코팅제의 건조가 잘 이루어지지 않아 코팅제의 부착력 및 내구성을 저하한다.
IPA(이소프로페놀)은 이소프로필 알코올이라고도 하며, 용매로써 코팅제 조성물이 잘 혼합될 수 있도록 돕는다.
상기 IPA(이소프로페놀)은 상기 부착 혼합물 총 중량에 대하여 24 ~ 26.5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 IPA(이소프로페놀)이 24 중량% 미만 또는 26.5 중량% 초과로 포함되는 경우에는 코팅제 조성물이 충분히 혼합될 수 없거나 원하는 물성을 얻을 수 없다.
H2O(물)는 코팅제 조성물의 친수성 성분이 잘 용해되게 하여 조성물들의 혼합이 더욱 잘 이루어지도록 돕는다. 특히 상기 silica sol(실리카졸)의 점도를 낮추어 조성물들의 혼합이 잘 이루어질 수 있게 한다.
상기 H2O(물) 상기 부착 혼합물 총 중량에 대하여 11 ~ 14 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 H2O(물)이 11 중량% 미만 또는 14 중량% 초과로 포함되는 경우에는 코팅제 조성물이 충분히 혼합될 수 없거나 조성물이 침강할 수 있다.
SiC(탄화규소)는 기타 첨가 재료로써, 높은 경도가 열 전도성을 가져 방사 온도를 부가적으로 증가시키는 역할을 한다.
상기 SiC(탄화규소)는 상기 부착 혼합물 총 중량에 대하여 0.03 ~ 9 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
AIN(질화알루미늄)은 기타 첨가 재료로써, 높은 내식성과 열 전도성을 가져 모재의 부식을 방지함과 더불어 방사 온도를 부가적으로 증가시키는 역할을 한다.
상기 AIN(질화알루미늄)은 상기 부착 혼합물 총 중량에 대하여 0.01 ~ 4 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
BN(질화붕소)는 기타 첨가 재료로써, 열 충격 저항이 크고 고온 윤활성을 가져 코팅제 조성물의 균열 저항 및 부착력을 부가적으로 증가시키는 역할을 한다.
상기 BN(질화붕소)는 상기 부착 혼합물 총 중량에 대하여 0.01 ~ 4 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 부착 혼합물의 기타 첨가 재료로써 첨가되는 상기 SiC(탄화규소), AIN(질화알루미늄), BN(질화붕소)은 각각의 상한 첨가량을 초과하여 첨가되는 경우, 상대적으로 상기 silica sol(실리카졸)의 함량을 감소시켜 코팅제의 부착력을 저하할 수 있다.
한편, 상기 방사 혼합물 및 부착 혼합물의 입도는 35 ~ 60 ㎛로 이루어질 수 있다. 상기 방사 혼합물 및 부착 혼합물의 입도가 35㎛ 미만이면 공긍율이 낮아져 원적외선 방사량이 감소하고 충격 저항이 감소하여 크랙이 발생하며, 60 ㎛를 초과할 경우 부착력이 약해질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 원적외선 방사 코팅제 조성물은 상기 방사 혼합물 1 중량부에 대해 상기 부착 혼합물 4~9 중량부를 혼합하여 다음과 같은 조성을 갖는다.
상기 원적외선 방사 코팅제 조성물은, 총 중량에 대하여 ZrO2(산화지르코늄) 9.35 ~ 19.1 중량%, Y2O3(산화이트륨) 0.44 ~ 1.28 중량%, SiO2(이산화규소) 0.002 ~ 0.01 중량%, TiO2(이산화티타늄) 0.002 ~ 0.01 중량%, Na2O(산화나트륨) 0.0003 ~ 0.0016 중량%, Fe2O3(삼산화이철) 0.0004 ~ 0.0022 중량%, silica sol(실리카졸) 38.4 ~ 47.25 중량%, IPA(이소프로페놀) 19.2 ~ 23.85 중량%, H2O(물) 8.8 ~ 12.6 중량%, SiC(탄화규소) 0.024 ~ 8.1 중량%, AIN(질화알루미늄) 0.008 ~ 3.6 중량%, BN(질화붕소) 0.008 ~ 3.6 중량%를 포함하여 이루어진다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
100×100×1 mm (W×D×H) 면적의 SUS 시편 1 내지 7의 상면에 하기 표 1과 같이 배합한 혼합물을 각각 도포한 후 건조해 코팅층을 형성하였다.
| 시편 1 | 시편 2 | 시편 3 | 시편 4 | 시편 5 | 시편 6 | 시편 7 | 첨가량 (중량%) |
|
| 방사 주성분 |
ZrO2 (산화지르코늄) |
TiO2 (이산화티타늄) |
SiO2 (이산화규소) |
FeO2 (이산화철) |
MnO2 (이산화망간) |
Y2O3 (산화이트륨) |
Cs2O (산화세슘) |
15 |
| 부착 혼합물 |
silica sol(실리카졸) | 44 | ||||||
| IPA(이소프로페놀) | 23 | |||||||
| H2O(물) | 11 | |||||||
| SiC(탄화규소) | 4 | |||||||
| AIN(질화알루미늄) | 2 | |||||||
| BN(질화붕소) | 2 | |||||||
표 1의 시편 1 내지 시편 7을 가열판에 올려 놓고 상기 가열판의 온도를 60℃로 설정한 후 각각의 시편을 가열하명서 시간대 별로 표면 온도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 경과 시간별 표면온도() | |||
| 3분 경과 | 6분 경과 | 9분 경과 | |
| 시편 1 | 41.5 | 61.2 | 61.3 |
| 시편 2 | 36.2 | 52.3 | 56.4 |
| 시편 3 | 35.3 | 50.9 | 53.2 |
| 시편 4 | 37.6 | 51.8 | 56.3 |
| 시편 5 | 34.2 | 48.8 | 52.3 |
| 시편 6 | 33.3 | 48.1 | 51.9 |
| 시편 7 | 29.6 | 45.7 | 49.8 |
표 2에 나타난 바와 같이, ZrO2(산화지르코늄)을 첨가한 시편 1의 표면온도가 가장 빠르게 증가하였으며, 가장 높은 표면온도를 나타내고 있는 것으로 확인되었다.
상술한 실시예에서 보는 바와 같이, 본 발명의 원적외선 방사 코팅제 조성물의 방사 혼합물 주성분인 ZrO2(산화지르코늄)이 가장 높은 열효율을 발휘하는 것으로 확인되었다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (3)
- ZrO2(산화지르코늄)을 포함하는 분말 상의 방사 혼합물과;
silica sol(실리카졸), IPA(이소프로페놀) 및 H2O(물)을 포함하는 액상 또는 젤(Gel)상의 부착 혼합물의 혼합으로 이루어지며;
상기 방사 혼합물은 ZrO2(산화지르코늄) 93.5 ~ 95.5 중량%, Y2O3(산화이트륨) 4.4 ~ 6.4 중량%, SiO2(이산화규소) 0.02 ~ 0.05 중량%, TiO2(이산화티타늄) 0.02 ~ 0.05 중량%, Na2O(산화나트륨) 0.003 ~ 0.008 중량% 및 Fe2O3(삼산화이철) 0.004 ~ 0.011 중량%를 포함하고;
상기 부착 혼합물은 silica sol(실리카졸) 48 ~ 52.5 중량%, IPA(이소프로페놀) 24 ~ 26.5 중량%, H2O(물) 11 ~ 14 중량%, SiC(탄화규소) 0.03 ~ 9 중량%, AIN(질화알루미늄) 0.01 ~ 4 중량% 및 BN(질화붕소) 0.01 ~ 4 중량%를 포함하며;
상기 방사 혼합물 1 중량부에 대해 상기 부착 혼합물 4~9 중량부가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 코팅제 조성물. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 방사 혼합물 및 부착 혼합물의 입도는 35 ~ 60 ㎛로 이루어짐을 특징으로 하는 원적외선 방사 코팅제 조성물.
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| KR20060119663A (ko) | 2005-05-18 | 2006-11-24 | 최병하 | 복사열 방사용 전기가열 장치 |
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