KR102560656B1 - 전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시 일 구현예는 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함하고, 접착 수지는 특정 화학식으로 표시되는 모노머 및 폴리올과 반응하여 형성되는 폴리우레탄인 전기강판용 본딩 조성물에 관한 것이다.

Description

전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법 {ADHESIVE COATING COMPOSITION FOR ELECTRICAL STEEL SHEET, ELECTRICAL STEEL SHEET LAMINATE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE ELECTRICAL STEEL SHEET PRODUCT}
본 개시 일 구현예는 전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시 일 구현예는 우레탄 수지를 포함하는 전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 압연판 상의 모든 방향으로 자기적 특성이 균일한 강판으로 모터, 발전기의 철심, 전동기, 소형변압기 등에 널리 사용되고 있다.
전기강판은 타발 가공 후 자기적 특성의 향상을 위해 응력제거 소둔(SRA)을 실시하여야 하는 것과 응력제거 소둔에 의한 자기적 특성 효과보다 열처리에 따른 경비 손실이 클 경우 응력제거 소둔을 생략하는 두 가지 형태로 구분될 수 있다.
절연피막은 모터, 발전기의 철심, 전동기, 소형변압기 등 적층체의 마무리 제조공정에서 코팅되는 피막으로서 통상 와전류의 발생을 억제시키는 전기적 특성이 요구된다. 이외에도 연속타발 가공성, 내 점착성 및 표면 밀착성 등이 요구된다. 연속타발 가공성이란, 소정의 형상으로 타발가공 후 다수를 적층하여 철심으로 만들 때, 금형의 마모를 억제하는 능력을 의미한다. 내 점착성이란 강판의 가공응력을 제거하여 자기적 특성을 회복시키는 응력제거 소둔 과정 후 철심강판간 밀착하지 않는 능력을 의미한다.
이러한 기본적인 특성 외에 코팅용액의 우수한 도포 작업성과 배합 후 장시간 사용 가능한 용액 안정성 등도 요구된다. 이러한 절연피막은 용접, 크램핑, 인터락킹 등 별도의 체결방법을 사용하여야 전기강판 적층체로 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는, 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 전기강판을 접착(체결)할 수 있는 융착층을 형성한 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법을 제공한다. 구체적으로 전기강판 사이에 형성되는 융착층의 성분을 제어하여, 전기강판 간의 접착력을 향상시킨 전기강판 접착 코팅 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명 일 구현예에 따른 본딩 조성물은 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함하고, 상기 접착 수지는 하기 화학식 1, 화학식 2 또는 이의 조합인 모노머 및 폴리올과 반응하여 형성되는 폴리우레탄이다.
[화학식 1]
Figure 112020138915913-pat00001
[화학식 2]
Figure 112020138915913-pat00002
상기 화학식 1 에서,
R1 내지 R10은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기, 또는 이소시아네이트기이고, R1 내지 R5 중 어느 하나는 이소시아네이트이고, R6 내지 R10 중 어느 하나는 이소시아네이트이며, R3 및 R8 이 동시에 이소시아네이트인 경우는 제외되고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며,
상기 화학식 2에서, R11은 내지 R16은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기, 이소시아네이트기 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬 이소시아네이트기이고, R11은 내지 R16 중에 적어도 두 개는 이소시아네이트 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬 이소시아네이트이다.
상기 화학식 1에서 R1 내지 R5 중 어느 하나는 이소시아네이트이고, R6 내지 R10 중 어느 하나는 이소시아네이트이며, R3 및 R8 이 동시에 이소시아네이트인 경우는 제외되고, R1 및 R10 이 동시에 이소시아네이트인 경우가 더 제외된다.
상기 화학식 1에서 R1 내지 R5 중 어느 하나는 이소시아네이트이고, R6 내지 R10 중 어느 하나는 이소시아네이트이며, R1 내지 R5 중 어느 하나 및 R6 내지 R10 중 어느 하나가 L을 중심으로 대칭으로 동시에 이소시아네이트인 것을 더 제외한다.
상기 화학식 1로 표시되는 모노머는 하기 화학식 3로 표시되는 것이다.
[화학식 3]
Figure 112020138915913-pat00003
상기 화학식 3에서, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이다.
상기 L은 메틸렌기인 것이다.
상기 화학식 2로 표시되는 모노머는 하기 화학식 4로 표시되는 것이다.
[화학식 4]
Figure 112020138915913-pat00004
상기 화학식 4에서, R11 은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기일 수 있다.
본 발명 일 구현예에 따른 전기강판은 전기강판 기재; 및 상기 전기강판의 기재 상에 위치하는 본딩 코팅층을 포함하고, 상기 본딩 코팅층은 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함하고, 상기 접착 수지는 하기 화학식 5, 화학식 6 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄을 포함한다.
[화학식 5]
Figure 112020138915913-pat00005
[화학식 6]
Figure 112020138915913-pat00006
상기 화학식 5 또는 화학식 6에서, L 또는 아마이드 작용기(CONH)는 벤젠고리의 임의의 탄소에 결합하고, 벤젠고리 중 L 또는 아마이드 작용기가 결합되지 않은 탄소는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며, R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며, m은 1 이상이다.
상기 접착 수지는, 하기 화학식 7, 화학식 8 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄이다.
[화학식 7]
Figure 112020138915913-pat00007
[화학식 8]
Figure 112020138915913-pat00008
상기 화학식 7 또는 화학식 8에서, R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, R11 은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며, m은 1 이상이다.
본 발명 일 구현예에 따른 전기강판 적층체는 복수의 전기강판; 및 상기 복수의 전기강판 사이에 위치하는 융착층;을 포함하고, 상기 융착층은 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함하고, 상기 접착 수지는 하기 화학식 5, 화학식 6 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄이다.
[화학식 5]
Figure 112020138915913-pat00009
[화학식 6]
Figure 112020138915913-pat00010
상기 화학식 5 또는 화학식 6에서, L 또는 아마이드 작용기(CONH)는 벤젠고리의 임의의 탄소에 결합하고, 벤젠고리 중 L 또는 아마이드 작용기가 결합되지 않은 탄소는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며, R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며, m은 1 이상이다.
상기 접착 수지는, 하기 화학식 7, 화학식 8 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄이다.
[화학식 7]
Figure 112020138915913-pat00011
[화학식 8]
Figure 112020138915913-pat00012
상기 화학식 7 또는 화학식 8에서, R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, R11 은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며, m은 1 이상이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 전기강판 사이에 형성되는 융착층의 성분을 제어하여, 전기강판 간의 접착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 전기강판을 접착할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 도막 밀착성, 박리 특성 및 내 ATF 특성이 모두 우수한 전기강판 접착 코팅 조성물을 제공할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 화합물 중 적어도 하나의 수소가 C1 내지 C30 알킬기; C1 내지 C10 알콕시기; 실란기; 알킬실란기; 알콕시실란기; 에틸렌옥실기 로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 의미한다.
상기 알킬기는 C1 내지 C20의 알킬기 일 수 있으며, 구체적으로 C1 내지 C6인 저급 알킬기, C7 내지 C10인 중급 알킬기, C11 내지 C20의 고급 알킬기일 수 있다.
예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4 개의 탄소원자가 존재하는 것을 의미하며 이는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
전형적인 알킬기에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명은 전기강판용 본딩 조성물을 제공하고자 한다. 본 발명의 기재 중 접착 코팅 조성물 역시 본딩 조성물을 나타내기 위해 사용되는 용어이다. 또한 본 발명의 본딩 조성물은 2개 이상의 강판의 면을 접착시킬 수 있는 조성물로, 그 용도에 대하여 특별히 제한하지 않으나, 예컨대 전기강판의 셀프본딩을 제공하기 위한 전기강판용 셀프본딩 조성물일 수 있다.
본 개시 일 구현예의 전기강판용 본딩 조성물은 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함할 수 있고, 상기 접착 수지는 하기 화학식 1, 화학식 2 또는 이의 조합인 모노머 및 폴리올과 반응하여 형성되는 폴리우레탄 일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020138915913-pat00013
[화학식 2]
Figure 112020138915913-pat00014
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R10은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기, 또는 이소시아네이트기이고, R1 내지 R5 중 어느 하나는 이소시아네이트이고, R6 내지 R10 중 어느 하나는 이소시아네이트이며, R3 및 R8 이 동시에 이소시아네이트인 경우는 제외되고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이다.
상기 화학식 2에서,
R11은 내지 R16은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기, 이소시아네이트기 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬 이소시아네이트기이고, R11은 내지 R16 중에 적어도 두 개는 이소시아네이트 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬 이소시아네이트이다.
상기 화학식 1로 표시되는 모노머는 R1 내지 R5 중 어느 하나는 이소시아네이트이고, R6 내지 R10 중 어느 하나는 이소시아네이트이며, R3 및 R8 이 동시에 이소시아네이트인 경우는 제외되고, R1 및 R10 이 동시에 이소시아네이트인 경우가 더 제외될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 모노머는 R1 내지 R5 중 어느 하나는 이소시아네이트이고, R6 내지 R10 중 어느 하나는 이소시아네이트이며, R1 내지 R5 중 어느 하나 및 R6 내지 R10 중 어느 하나가 L을 중심으로 대칭으로 동시에 이소시아네이트인 것을 더 제외할 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 모노머는 하기 화학식 3로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112020138915913-pat00015
상기 화학식 3에서 L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 1 또는 3에서 L은 메틸렌기일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 모노머는 하기 화학식 4로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112020138915913-pat00016
상기 화학식 4에서, R11 은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1, 2, 3, 또는 4로 표시되는 모노머는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트, 2,2’-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 2,4’-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 4,4’-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, m-자일렌 디이소이아네트로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리올은 화학식 9의 폴리올일 수 있다.
[화학식 9]
Figure 112020138915913-pat00017
상기 화학식 9에서 R’는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기일 수 있다.
상기 폴리올은 수평균 분자량이 400 내지 1000g/mol일 수 있다. 또한, 상기 폴리올은 폴리(프로필렌 글리콜) 일 수 있다.
폴리우레탄 수지의 함량이 전기강판용 본딩용 조성물 전체 중량에 대하여 98 중량% 이상일 수 있다. 본 개시 일 구현예의 전기강판용 본딩용 조성물은 조성물에 포함되는 수지 성분 외의 본딩 첨가제의 함량을 최소화 하고 수지성분 함량을 극대화함으로써, 우수한 강판 접착력을 나타낼 수 있다.
상기 본딩 첨가제는 일반적인 본딩 조성물에 사용되는 것이면 제한이 없으나, 예를 들어, 커플링제, 습윤제, 경화제, 경화촉매 등이 포함될 수 있다.
구체적으로, 커플링제로는 실란 커플링제가 포함될 수 있고, 보다 구체적으로 비닐계 실란 커플링제 및 메타크릴옥시계 실란커플링제 중 1종 이상이 포함될 수 있다. 비닐계 실란 커필링제의 예로는 비닐트리 메톡시 실란(Vinyl trimethoxy silane), 비닐 트리에톡시 실란(Vinyl triethoxy silane) 등이 있을 수 있다. 메타크릴옥시계 실란커플링제로는 3-메타크릴옥시프로필 메틸디테녹시실란(3-Methacryloxypropyl methyldimethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란(3-Methacryloxpropyl trimethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 메틸디에톡시실란(3-Methacyloxypropyl methyldiethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 트리에톡시실란(3-Methacryloxpropyl triethoxysilane)이 있을 수 있다.
구체적으로 습윤제로는 실리콘계 습윤제가 포함될 수 있다. 실리콘계 습윤(Wetting) 첨가제의 예로는 폴리에테르 개질된 폴리디메틸 실록산(Polyether-modified polydimethylsiloxane)이 될 수 있다. 습윤제는 전기강판과 융착층의 계면 접착력을 강화시키기 위하여 전기강판용 본딩 조성물에 첨가될 수 있다.
구체적으로 경화제로는 지방족 아민계, 방향족 아민계, 아미노 아민계, 또는 이미다졸계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 디시안디아마이드계 경화제가 포함될 수 있다.
구체적으로 경화촉매로는 이미다졸계 경화촉매가 포함될 수 있다.
본 개시 일 구현예의 전기강판용 본딩 조성물은 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 커플링제를 0.10 내지 1.00 중량부로 더 포함할 수 있다. 구체적으로 커플링제를 0.40 내지 0.60중량부로 더 포함할 수 있다. 가교제를 너무 적게 포함하는 경우에는, 전기강판과 융착층의 계면 접착력 강화 효과를 충분히 얻지 못할 수 있다. 가교제를 너무 많이 포함하는 경우에는 가교제간 반응에 의하여 접착 코팅 조성물내에 침전물이 발생할 수 있다.
본 개시 일 구현예의 전기강판용 본딩 조성물은 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 경화제를 0.50 내지 2.50중량부로 더 포함할 수 있다. 구체적으로 경화제를 0.90 내지 1.10중량부로 더 포함할 수 있다. 경화제는 접착 코팅층 표면의 반응성을 조절하는 역할을 한다. 경화제가 너무 적게 포함되는 경우에는, 융착층의 경화반응이 저하되어, 융착층 표면의 스티키(sticky)성이 열위해지는 문제가 발생할 수 있다. 반대로 경화제가 너무 많이 첨가되는 경우에는 저온 융착 후 체결력이 열위해 질 수 있다.
본 개시 일 구현예의 전기강판용 본딩 조성물은 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 습윤제를 0.05 내지 0.50 중량부로 더 포함할 수 있다. 구체적으로 습윤제를 0.09 내지 0.11중량부로 더 포함할 수 있다.
본 개시 일 구현예의 전기강판용 본딩 조성물은 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 경화촉매를 0.10 내지 1.00 중량부로 더 포함할 수 있다. 구체적으로 경화촉매를 0.40 내지 0.60 중량부로 더 포함할 수 있다.
본 개시 일 구현예의 폴리우레탄 수지는 수평균 분자량이 3,000 내지 20,000g/mol일 수 있다.
본 발명 일 구현예에 따른 전기강판은 전기강판 기재; 및 상기 전기강판의 기재 상에 위치하는 본딩 코팅층을 포함하고, 상기 본딩 코팅층은 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함하고, 접착 수지는 하기 화학식 5, 화학식 6 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄이다.
[화학식 5]
Figure 112020138915913-pat00018
[화학식 6]
Figure 112020138915913-pat00019
상기 화학식 5 또는 화학식 6에서, L 또는 아마이드 작용기(CONH)는 벤젠고리의 임의의 탄소에 결합하고, 벤젠고리 중 L 또는 아마이드 작용기가 결합되지 않은 탄소는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며, R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며, m은 1 이상이다. 구체적으로 m은 폴리우레탄에 포함되는 반복단위체의 개수로, 목적하는 폴리우레탄 분자량에 따라 달리 할 수 있다.
상기 화학식 5의 반복단위체는 화학식 1의 모노머와 폴리올의 중합반응에 의하여 생성될 수 있고, 화학식 2의 모노머와 폴리올의 중합반응에 의하여 생성될 수 있다.
구체적으로, 상기 본딩 코팅층에 포함되는 접착 수지는, 하기 화학식 7, 화학식 8 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄 이다.
[화학식 7]
Figure 112020138915913-pat00020
[화학식 8]
Figure 112020138915913-pat00021
상기 화학식 7 또는 화학식 8에서, R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, R11 은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며, m은 1 이상이다. 구체적으로 m은 폴리우레탄에 포함되는 반복단위체의 개수로, 목적하는 폴리우레탄 분자량에 따라 달리 할 수 있다.
상기 화학식 7의 반복단위체는 화학식 3의 모노머와 폴리올의 중합반응에 의하여 생성될 수 있고, 화학식 8의 반복단위체는 화학식 4의 모노머와 폴리올의 중합반응에 의하여 생성될 수 있다.
상기 전기강판의 기재 상에 위치하는 본딩 코팅층은 상기 서술된 전기강판용 본딩 조성물로부터 유래된 것일 수 있다. 본딩 코팅층의 보다 구체적인 특징은 상기 본딩 조성물에 자세하게 작성되었는바, 그의 기재로 갈음한다.
본 발명 일 구현예에 따른 전기강판 적층체는 복수의 전기강판; 및 상기 복수의 전기강판 사이에 위치하는 융착층;을 포함하고, 상기 융착층은 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함하고, 접착 수지는 하기 화학식 5, 화학식 6 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112020138915913-pat00022
[화학식 6]
Figure 112020138915913-pat00023
상기 화학식 5 또는 화학식 6에서,
L 또는 아마이드 작용기(CONH)는 벤젠고리의 임의의 탄소에 결합하고, 벤젠고리 중 L 또는 아마이드 작용기가 결합되지 않은 탄소는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며, R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며, m은 1 이상이다.
구체적으로 m은 폴리우레탄에 포함되는 반복단위체의 개수로, 목적하는 폴리우레탄 분자량에 따라 달리 할 수 있다.
구체적으로, 상기 융착층에 포함되는 접착 수지는, 하기 화학식 7, 화학식 8 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112020138915913-pat00024
[화학식 8]
Figure 112020138915913-pat00025
상기 화학식 7 또는 화학식 8에서, R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고, L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, R11 은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며, m은 1 이상이다.
구체적으로 m은 폴리우레탄에 포함되는 반복단위체의 개수로, 목적하는 폴리우레탄 분자량에 따라 달리 할 수 있다.
상기 적층체 사이에 위치하는 본딩 코팅층은 상기 서술된 전기강판용 본딩 조성물로부터 유래된 것일 수 있다. 본딩 코팅층의 보다 구체적인 특징은 상기 본딩 조성물에 자세하게 작성되었는바, 그의 기재로 갈음한다.
상기 전기강판 적층체의 융착층의 두께는 0.1 내지 10㎛일 수 있다. 융착층의 두께가 너무 얇으면, 접착력이 급격히 저하될 수 있고, 너무 두꺼우면 코팅 권취 후에 스티키성에 의한 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 융착층의 두께는 5 내지 7㎛일 수 있다.
상기 전기강판 적층체의 융착층 내에 커플링제, 습윤제, 경화촉매, 경화제 등은 잔존할 수 있다.
본 발명 일 구현예에 의한 전기강판 적층체의 제조방법은 전기강판의 일면 또는 양면에 접착 코팅 조성물을 도포한 후, 경화시켜 접착 코팅층을 형성하는 단계; 및 접착 코팅층이 형성된 복수의 전기강판을 적층하고 열융착하여 융착층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
이하 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 접착 코팅 조성물을 준비한다. 접착 코팅 조성물에 대하여는 전술하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
다음으로, 접착 코팅 조성물을 전기강판의 표면에 코팅한 후, 경화시켜 접착 코팅층을 형성한다. 이 단계는 접착 코팅 조성물의 경화를 위해 판온 기준으로 150 내지 250 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
접착 코팅층이 형성된 복수의 전기강판을 적층하고, 열융착하여 융착층(20)을 형성한다. 열융착하는 단계를 통해 접착 코팅층 내의 고분자 성분들이 열융착하고, 융착층을 형성하게 된다.
열융착하는 단계는 150 내지 250℃의 온도 0.05 내지 5.0 Mpa의 압력 및 0.1 내지 120 분의 가압 조건으로 열융착할 수 있다. 상기 조건은 각각 독립적으로 만족할 수 있으며, 2 이상의 조건을 동시에 만족할 수도 있다. 이처럼 열융착하는 단계에서의 온도, 압력, 시간 조건을 조절함으로써, 전기강판 사이에, 갭이나, 유기물상 없이, 조밀하게 열융착될 수 있다.
상기 이소시아네이트 모노머에 있어서 치환기의 추가적인 한정은 상기 전기강판용 본딩 조성물에서 설명한 바와 동일한바, 전기강판 및 전기강판 적층체 그리고 제조방법에서의 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예
무방향성 전기강판(50 X 50 mm, 0.35mmt)을 공 시편으로 준비하였다. 접착 코팅 용액을 Bar Coater 및 Roll Coater 이용하여 각 준비된 공 시편에 상부와 하부에 일정한 두께로 도포하여 판온 기준 150 내지 200℃에서 20초간 경화한 후 공기 중에서 천천히 냉각시켜, 접착 코팅층을 형성하였다.
접착 코팅 용액으로는 표 1 및 표 2 조성의 본딩 용액을 사용하였다. 표 1은 우레탄 수지 단독 사용이며, 표 2는 에폭시 수지 단독 사용 또는 에폭시와 우레탄을 혼합한 수지 사용을 개시하였다. 본딩 수지외의 접착코팅용액 조성은 본딩 수지 100 중량부를 기준으로 실란커플링제 0.5중량부, 실리콘 계열 습윤제(wetting agent) 0.1중량부, 디시안디아마이드계 경화제 1중량부 및 이미다졸계 경화촉매 0.5중량부를 포함하였다.
표 1의 MDI는 Methylene Diphenyl Diisocyanate, TDI는 Toluene Diisocyanate를 의미하고, PPG는 폴리(프로필렌글리콜) (수분자량 425g/mol)이다.
에폭시 수지로는 Bisphenol A Type의 에폭시수지로 수평균 분자량이 10,000g/mol이고, 수산가가 10mgKOH/g를 사용하였다.
접착 코팅층이 코팅된 전기강판을 높이 20mm로 적층한 후, 0.5MPa의 힘으로 가압하여 160℃, 10 분 동안 열융착하였다. 열융착후 융착층의 두께는 약 6㎛였다. 열융착된 융착체를 용액 종류별로 평가하였다. 평가 항목으로는 박리접착력(T-peel, N/mm) 및 내ATF 특성을 평가하여 하기 표 1 및 2에 나타내었다.
각각의 측정 방법은 다음과 같다.
박리접착력 (T-peel, N/mm): 박리법 (T-Peel off) 측정을 위한 시편 규격은 ISO 11339에 의거하여 제작하였다. 25 x 200mm 시편 두장을 25 x 150mm2의 면적으로 접착 한 후 미 접착부위를 90°로 구부려 T형태의 인장시편을 제작하였다. 박리법(T-Peeloff)으로 제작된 시편을 상/하부 지그(JIG)에 일정 힘으로 고정시킨 후 일정 속도로 당기면서 적층된 샘플의 인장력을 측정하는 장치를 사용하여 측정하였다. 이때, 전단법의 경우 측정된 값은 적층된 샘플의 계면 중에서 최소 접착력을 가진 계면이 탈락하는 지점을 측정하였다. 가열장치를 통해 시편의 온도를 60℃로 유지한 후 접착력을 측정하였다.
내ATF 특성 평가법 : 구동모터를 자동차에 사용하는 경우 고속에서 장시간 회전시 많은 열이 발생하여, 이를 냉각하기 위하여 ATF (Automotive Transmission Fluid, 자동차 미션오일)를 사용하게 된다. 이에 장기 사용시에 접착 신뢰도를 확보하기 위하여 고온의 ATF에 함침된 상태에서 적층 코일의 접착력이 유지되는 것이 중요하다. 이에, 내ATF 특성을 평가하였다. 상기 제조된 적층 코일을 온도가 150℃인 ATF에 500시간 함침 후 전단 접착력을 테스트 하였다.
상기 내 ATF 특성을 측정하기 위한 전단 접착력은 전단법 (Shear Strength)으로 측정하였다. 전단법 측정을 위한 시편 규격은 ISO 4587에 의거하여 제작하였다. 25 x 100mm 시편 두장을 12.5 x 25mm2의 면적으로 접착하여 상기 조건으로 열융착 하여 전단법 시편을 제작하였다.
전단법으로 제작된 시편을 상/하부 지그(JIG)에 일정 힘으로 고정시킨 후 일정 속도로 당기면서 적층된 샘플의 인장력을 측정하는 장치를 사용하여 측정하였다. 이때, 전단법의 경우 측정된 값은 적층된 샘플의 계면 중에서 최소 접착력을 가진 계면이 탈락하는 지점을 측정하였다.
본딩 수지 T-Peel
(N/mm)		 내ATF 특성
(MPa)
방향족 이소시아네이트 폴리올
(폴리(프로필렌글리콜), 수분자량 425g/mol)
종류 함량(중량%) 종류 함량(중량%)
실시예 1 2,4’-MDI 40 PPG 60 2 1.5
실시예 2 2,4 - TDI 30 PPG 70 2.5 0.7
실시예
3		 2,2’-MDI 40 PPG 60 0.5 2
실시예4 4,4’-MDI 40 PPG 60 0.4 0.5
본딩 수지 T-Peel
(N/mm)		 내ATF 특성
(MPa)
종류 함량
(중량%)		 종류 함량
(중량%)
비교예
1		 에폭시 단독 0.05 2.5
비교예
2		 에폭시 40 2,4’-MDI + PPG
(40 : 60)		 60 0.07 1.2
비교예
3		 에폭시 50 2,4’-MDI + PPG
(40 : 60)		 50 0.1 0.8
비교예4 에폭시 60 2,4’-MDI + PPG
(40 : 60)		 40 0.06 1.7
상기 표 1, 2의 결과 폴리우레탄 만을 본딩 수지로 포함하는 실시예가 T-peel 특성 및 내 AFT 특성 모두 우수함을 확인할 수 있었다.특히, 표 2의 결과 에폭시 단독 사용뿐만 아니라 에폭시에 우레탄을 혼합한 경우라도, T-peel 특성(박리특성)이 열위하게 나타남을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함하고,
    상기 접착 수지는 하기 화학식 3, 화학식 4 또는 이의 조합인 모노머 및 폴리올과 반응하여 형성되는 폴리우레탄인 전기강판용 본딩 조성물:
    [화학식 3]

    [화학식 4]

    상기 화학식 3에서,
    L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고, n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며,
    상기 화학식 4에서,
    R11 은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기일 수 있다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 L은 메틸렌기인 것인 전기강판용 본딩 조성물.
  6. 삭제
  7. 전기강판 기재; 및
    상기 전기강판의 기재 상에 위치하는 본딩 코팅층을 포함하고,
    상기 본딩 코팅층은 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함하고,
    상기 접착 수지는 하기 화학식 7, 화학식 8 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄을 포함하는, 전기강판.
    [화학식 7]

    [화학식 8]

    상기 화학식 7 또는 화학식 8에서,
    R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고,
    L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고,
    R11 은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며,
    n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며,
    m은 1 이상이다.
  8. 삭제
  9. 복수의 전기강판; 및
    상기 복수의 전기강판 사이에 위치하는 융착층;을 포함하고,
    상기 융착층은 접착 수지 및 본딩 첨가제를 포함하고,
    상기 접착 수지는 하기 화학식 7, 화학식 8 또는 이들의 조합으로 표시되는 반복단위체를 포함하는 폴리우레탄인, 전기강판 적층체.
    [화학식 7]

    [화학식 8]
    Figure 112022066953131-pat00043

    상기 화학식 7 또는 화학식 8에서,
    R’은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이고,
    L은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴렌기이고,
    R11 은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C5 내지 C20 헤테로아릴기이며,
    n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이며,
    m은 1 이상이다.
  10. 삭제
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