KR19990026912A - 절연피막 형성용 피복조성물 및 이를 이용한 무방향성 전기강판의 절연피막 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연피막 형성용 피복조성물 및 이를 이용한 무방향성 전기강판의 절연피막 형성방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 도포안정성, 절연성, 내식성, 밀착성 및 외관특성이 우수한 절연피막형성용 피복조성물 및 이를 이용한 무방향성 전기강판의 절연피막 형성방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 질산아연염 수용액에 pH 2.3이하로 조정된 산가용성의 에멀젼 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합 수지가 배합되며, 이때 배합비는 상기 질산아연염 수용액의 고형분 1g에 대하여 상기 에멀젼 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합수지가 고형분인 때의 중량기준으로 1.3-54.5g 배합되는 절연피막 형성용 피복조성물에 관한 것과, 상기 피복조성물을 무방향성 전기강판표면에 건조피막 두께가 평면당 1.1-3.5㎛가 되도록 도포한 후, 450∼750℃의 온도범위에서 18-25초간 가열소둔하는 절연피막 형성방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

절연피막 형성용 피복조성물 및 이를 이용한 무방향성 전기강판의 절연피막 형성방법

본 발명은 전기적 절연피막을 형성하기 위해 사용되는 조성물 및 이를 이용하여 무방향성 전기강판 표면에 절연피막을 형성하는 방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 모타, 변압기 등의 철심으로 사용되는데, 타발가공후 자기적 특성의 향상을 우선의 목적으로 응력제거소둔을 실시하여야 하는 것과 응력제거소둔에 의한 자기적 특성 효과보다 열처리에 따른 경비 손실이 클 경우 응력제거소둔을 생략하는 두 가지 형태로 수요가에서 구분하여 사용하고 있다.

무방향성 전기강판은 와전류의 발생을 억제하여 전력손실을 적게하기 위하여 그 표면에 절연피막처리를 일반적으로 실시하는데 이와같은 절연특성 이외에 코일상태의 제품을 수요가로 출하하여 최종완성 단계까지 대기중 노출하는 것에 따른 내식특성 및 가공사용시의 밀착특성이 우수할 것이 요구되는데, 최근 수요가에서는 광택, 색상, 줄무늬 유무등 외관이 미려해야함도 동시에 요구되고 있다.

종래의 타발가공후 응력제거소둔을 생략하는 무방향성 전기강판의 절연피막 형성방법에 대한 기술로는 본 출원인이 국내에 특허출원하여 특허등록된 대한민국 특허 제 66677 호(공고번호 제 93-3645호)를 들 수 있는데, 이 방법은 용제형 유기수지계로 이루어진 자외선 경화용 절연피복액을 무방향성 전기강판에 도포한 후 자외선을 조사하여 전기절연 피막을 형성하는 방법에 관한 것이다. 하지만 상기 방법에 제시된 절연피막 형성방법은 절연성 향상효과를 부여하는 목적으로 첨가된 실리카 분말이 절연피복액에 첨가시킨 량 만큼 침적되는 현상이 나타나 피막특성을 균일하게 유지하기 위해서는 계속적인 교반작업을 별도로 실시하여야만이 우수한 처리액상의 도포안정성이 얻어진다는 번거로움이 있고, 또한 현장 실내온도 변화에 따른 비중조절등 피복조성물의 물성을 변화시켜 최적 피막특성을 나타내어야 하는 필요성이 대두될 경우, 종래의 용제형 타잎의 절연피복액에 용제첨가시 화재발생 및 공해유발 등이 우려되기 때문에 상당한 주의를 요하는 번거로움도 있다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 번거로움을 없애면서도 보다 우수한 물성의 피막을 얻기위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 산가용성 타잎의 에멀젼수지 및 무기물처리액의 성분과 그 함량을 적절히 제어하여, 도포안정성, 절연성, 내식성, 밀착성 및 외관특성이 우수한 절연피막 형성용 피복조성물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있으며, 또한

본 발명은 상기 피복조성물을 무방향성 전기강판 표면에 적용함에 있어, 그 도포 두께 및 가열소둔조건을 적절히 제어함으로써, 무방향성 전기강판 표면에 우수한 물성의 절연피막을 형성하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명자들은 처리액의 도포안정성 및 절연성, 내식성, 밀착성등 전기강판의 절연피막으로서 갖추어야 할 일반적인 사용특성 뿐 아니라 광택, 색상, 줄무늬 현상 등 외관특성도 충분히 갖출 수 있는 새로운 절연피막형성용 피막조성물을 제공할 것을 목적으로 별도의 분말상 실리카 파우다를 첨가하지 않는 처리액의 조성 및 처리방법에 대한 여러 검토를 한 결과, 산가용성 에멀젼 타잎의 아크릴계 수지 및 아연산화물계로 구성된 절연피복액을 도포한 후 열경화 방법에 의한 소둔열처리 조건을 적절히 제어하므로서, 상기의 도포안정성과 절연성, 내식성, 밀착성 그리고 광택, 균일성, 황금색상을 나타내는 우수한 외관을 갖는 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

상기한 바와같은 관점으로 부터 출발한 본 발명을 질산아연염 수용액에 pH 2.3이하로 조정된 산가용성의 에멀젼 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합 수지가 배합되며, 이때 배합비는 상기 질산아연염 수용액의 고형분 1g에 대하여 상기 에멀젼 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합수지가 고형분인 때의 중량기준으로 1.3- 54.5g 배합되는 절연피막 형성용 피복조성물에 관한 것이고,

또한, 본 발명 상기와 같은 피복조성물을 무방향성 전기강판표면에 건조피막 두께가 평면당 1.1-3.5㎛가 되도록 도포한 후, 450∼750℃의 온도범위에서 18-25초간 가열소둔하는 절연피막 형성방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서의 피복처리액은 질산아연염 수용액에 에멀젼수지를 배합시켜 제조되는데, 그 특징이 있다.

상기 질산아연염 수용액은 피막에 절연성, 내식성 및 광택이 있는 황금색의 미려한 색상을 부여하는 역할을 하는 것으로, 포화상태에 가까운 수용액일수록 바람직하다. 미포화상태에 가까울수록 상기 특성효과가 미흡하게 나타나며, 과포화상태가 심해질수록 미반응된 질산아연이 많이 남아 쌓이게 되는 층분리현상이 나타나게 되므로 균일한 처리욕을 만드는 것이 어렵게 되므로 침전물이 생기지 않는 범위에서 포화상태로 된 수용액으로 하는 것이 바람직하다.

상기 에멀젼 수지는 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합수지중 1종으로서, 소재와의 밀착성을 높이고, 피막에 유연성을 부여한다. 이때 사용되는 수지는 수용성 수지보다 에멀젼 상태의 수지가 점도가 낮아서 강판에 고속으로 롤 도포시, 균일한 도포성을 발휘하는 효과를 용이하게 나타내게 되어 형성피막의 외관을 우수하게 하기 때문에 에멀젼형의 수지를 사용한다. 하지만, 처리액내 질산아연염의 수용액과 pH가 높은 일반 에멀젼아크릴계 수지간의 화학적 반응에 의해서 겔(gel)화가 신속히 진행되어 절연피막 처리액으로서의 사용특성을 상실하기 때문에, 배합상용성이 양호하도록, pH가 2.3이하로 조정된 산가용성인 수지를 사용한다. 상기 pH가 2.3이상이 되면 무기액과의 상용성이 불량하며, 2.3이하에서는 양호하다.

상기 질산아연염 수용액과 에멀젼수지와의 배합시 그 비율은 질산아연염 수용액의 고형분 1g당 수지의 고형분이 1.3-54.5g이 되도록 배합한다. 이는 상기 수지가 고형분의 중량으로 1.3g이하 첨가되는 경우, 처리액이 겔화되기 쉽기 때문에 액을 장시간 보존하는 것이 곤란하고 경시변화를 일으킨 그대로 코팅하더라도 광택성 저하, 줄무늬 발생 등의 외관 불량과 밀착성 저조현상이 나타나는 결함이 발생되고, 54.5g 이상 첨가되는 경우, 황금색의 표면색상 효과 미흡 및 피막의 생성속도가 늦게되는 문제점이 발생하기 때문이다.

본 발명에서는 상기와 같이 구성된 절연피막 형성용 처리액을 무방향성 전기강판의 표면에 건조피막 두께가 편면당 1.1-3.5㎛가 되도록 도포한 후, 이것을 450∼750℃의 온도에서 18-25초간 소둔한다.

이는 본 발명에 의한 처리피막의 내식성 및 표면색상을 결정하는 주요인자는 소둔온도와 노내에서 정체하는 소둔시간과의 관계로 나타났기 때문이다. 노의 온도가 450∼750℃의 범위에서 허용최저시간인 18초이하로 도포시편을 정체시, 소둔피막은 불충분한 미건조상태로 되어 내식성이 불량하며 흡습이 용이한 연녹색의 피막색상을 띠게 되며, 허용최고시간인 25초를 초과하여 노내에서 정체시키면 절연피막이 과산화에 따른 흑갈색의 색상을 갖는 탄화현상이 나타나 불량하게 된다. 따라서 소둔시간은 450∼750℃에서 18-25초 제한함이 바람직하다. 상기 처리액의 도포는 합성고무롤과 같은 일반적인 롤을 이용하여 도포할 수 있다.

도포후 상기의 소둔조건을 충족하여 피막을 형성하였다 하더라도 건조피막의 두께가 1.1㎛미만인 경우에는 필요한 절연성, 내식성을 얻을 수 없고, 3.5㎛를 초과하는 경우에는 용접특성, 점적율 저하등이 문제점으로 대두될 수 있기 때문에 건조피막 두께는 편면당 1.1-3.5㎛의 범위가 되도록 제한함이 바람직하다.

한편, 실리카 분말, 안료를 첨가하는 종래의 자외선 경화에 의한 방법과 달리 그들 첨가없이도 우수한 절연특성 및 색상보유효과를 얻을 수 있는 기구를 명쾌하게 해명하기에는 지극히 곤란하지만 다음과 같이 추정된다. 즉, 질산아연염의 수용액을 수지에 첨가시켜 만든 절연피복액의 외관은 초기에는 우유빛을 띠나 가열소둔시키면 질산아연염의 비점이상에서 아연금속이온이 산화하여 산화아연으로 되는 과정에서 피복조성액내의 수지성분과 소재상에 이미 형성되어 있는 산화물층의 무기질 성분과 공교히 결합하여 새로운 복합물질이 생성되고 이것이 절연성, 내식성 및 미려한 황금색의 피막을 갖게된다고 추정되며 분해된 이산화질소 및 산소는 대기중으로 방출되는 것으로 생각된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

하기 표1과 같은 조성의 절연피복액을 제조후 15일 경과후, 합성고무롤을 이용하여 무방향성 전기강판(Si 0.36%함유, 판의 두께 0.495mm)의 표면에 도포처리후 하기 표1과 같은 가열소둔조건에 의거 전기절연피막을 각각 형성하였다. 피복조성물중 비교예(5) 및 비교예(6)은 겔화 현상으로 인한 도포안정성 상실로 피막특성시험에서는 제외하였다.

상기와 같이 형성된 전기절연피막에 대해 표면외관을 관찰하고, 절연성, 밀착성, 내식성 등의 피막특성을 측정하여, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

이때, 상기 피막외관은 색상, 광택, 줄무늬 현상을 눈으로 확인하여 판단한 것으로서 표면색상은 형성피막내 잔존 수분이 거의 없고, 밝은 황금색의 불용성 물질이 될 때는 양호, 잔존수분이 다량존재하는 것에 의해 미소둔 상태의 연녹색 피막이 생성되는 것을 불량으로 하며, 줄무늬 현상은 소둔후의 피막이 강판표면에 시편진행 방향으로 남아 있는 상태를 불량으로 하였다.

또한, 상기 절연성(Amps.)은 300PSI 압력하에서 입력 0.5V, 1.0A(암페어)의 전류를 통하였을때의 수납전류값으로 나타낸 것이고, 밀착성(mmø)은 소둔후 시편을 10, 20, 30∼100mmø인 원호에 접하여 180°구부릴 때 피막박리가 없는 최소원호직경으로 나타낸 것이고, 내식성은 염수분무시험(5% NaCl, 35℃) 12시간후 피막표면의 녹발생 유무를 육안관찰하여 나타낸 것이다.

상기 표1 및 표2에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예(a, b, c)는 도포안정성, 피막외관, 절연성, 밀착성 및 내식성 등의 절연피복액 및 절연피복으로서의 요구특성이 우수하였다.

이에 반하여, 피복조성물의 첨가범위, 성분이 본 발명의 조건을 벗어나거나, 부적절하게 처리된 비교예에 있어서는 그 요구특성이 열악하였다. 즉, 피복조성물내의 수지함량이 적은 비교예(3)의 경우 도포작업성, 외관, 절연성, 밀착성 및 내식성이 미흡하며, 더욱 수지함량을 적게한 비교예(5) 및 산불용성 타잎의 수용성 아크릴 수지를 사용한 비교예(6)의 경우는 겔화현상이 나타나 도포자체가 불가능한 상태로 되었다. 또한 전기절연피막이 극히 얇게 형성된 비교예(4)의 경우 절연성, 내식성이 미흡하고, 미소둔 상태의 비교예(1)의 경우 외관 특히 내식성이 불량하였다. 과소둔 상태의 비교예(2)의 경우는 탄화현상으로 나타난 절연피막으로서의 특성을 상실하게 되었다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 수용액 상태의 질산아연염 무기조성물에 산가용성 타잎의 에멀젼 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합수지중 1종으로 된 수지계가 혼합 구성된 혼합피복액을 응력제거소둔을 실시하지 않는 무방향성 전기강판의 절연피복액으로 적절하게 사용, 처리함으로써, 종래의 실리카 분말이 첨가된 용제형 절연피복액의 취약점인 도포안정성, 내식특성을 향상시키고 화재, 공해유발 우려를 해소하는 유익한 효과가 제공된다.

Claims (4)

1. 질산아연염 수용액에 pH 2.3이하로 조정된 산가용성의 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합 수지가 배합되며, 이때 배합비는 상기 질산아연염 수용액의 고형분 1g에 대하여 상기 에멀젼 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합수지가 고형분인 때의 중량기준으로 1.3-54.5g 배합되는 것을 특징으로 하는 절연피막 형성용 피복조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 질산아연염 수용액은 포화상태인 것을 특징으로 하는 절연피막 형성용 피복조성물.
3. 질산아연염 수용액에 pH가 2.3이하로 조정된 산가용성의 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합 수지가 배합되며, 이때 배합비는 상기 질산아연염 수용액의 고형분 1g에 대하여 상기 에멀젼 아크릴수지 또는 아크릴-스티렌 공중합 수지가 고형분인 때의 중량기준으로 1.3-54.5g 배합되는 조성물을, 무방향성 전기강판의 표면에 건조피막 두께가 편면당 1.1-3.5㎛가 되도록 도포한 후, 450∼750℃의 온도범위에서 18-25초간 가열소둔하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 절연피막 형성방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 질산아연염 수용액은 포화상태인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 절연피막 형성방법.