KR20010110654A - 금속 전도체용 코팅 조성물 및 그것을 사용한 코팅 방법 - Google Patents

금속 전도체용 코팅 조성물 및 그것을 사용한 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적 전도체를 위한 코팅 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 A) 알루미늄, 주석, 붕소, 게르마늄, 갈륨, 납, 전이금속 및 락탄족과 악티늄족을 포함하는 일련의 원소에서 선택된 원소를 가진 원소-산소-네트워크(element-oxygen-network)를 토대로 한 하나 이상의 반응성 있는 나노머(nanomer) 1 내지 60 중량%, B) 하나 이상의 통상적인 결합제 0 내지 90 중량%, 및 C) 하나 이상의 통상적인 첨가제, 용매, 안료 및/또는 충전제 0 내지 95 중량%를 함유한다.

Description

금속 전도체용 코팅 조성물 및 그것을 사용한 코팅 방법{COATING COMPOSITION FOR METALLIC CONDUCTORS AND COATING METHOD USING SAME}
3상 교류 전동기(three-phase a.c. motor), 예컨대 주파수 변환기-제어 전동기(frequency converter-controlled motor) 또는 고전압 비동기기(high voltage asynchronous machine)는 손상 없이 고전압 부하(high voltage load) 및 펄스파형 전압 부하(pulse-shaped voltage load)에 저항할 수 있도록 하기 위해서, 내열성 및 기계적 성질, 주로 절연층의 굽힘 강도(flexural strength)에 관하여 엄격한 요구사항을 만족시키는 와이어 래핑(wire wrapping)을 사용할 필요가 있다.
전기 장치의 와이어 래핑에 관한 추가 요구사항으로는 와이어 코팅제의 부분 방전 저항이 있다. 특히 인접(adjacent) 와이어 래핑은 고전압 부하 및 펄스파형 전압 부하에 노출될 수 있다. 이러한 목적을 위하여 코팅제는 고도의 부분 방전 저항을 나타내어야 한다.
WO 제 96/41 909호에 의하면, 와이어의 다중(multi-layer) 코팅의 환경(context) 내에, 결합제와 미립자 물질을 포함하는 코팅 조성물이 사용되며, 상기 미립자 물질은 1 중량% 내지 65 중량%의 양으로 결합제 내에 존재할 수 있고, 산화 금속, 예를 들어, 이산화티타늄(titanium dioxide), 산화지르코늄(zirconium oxide), 산화아연 (zinc oxide), 산화철(iron oxide) 또는 알루미나(alumina)일 수 있다. 상기 미립자 물질은 화학적 반응성을 조금도 가지지 않는다. 그러한 코팅된 와이어를 제조하는 동안, 예비 신장(preliminary extension)이 일어나서 코팅층의 파손을 유도하고 그결과 부분 방전 저항의 급격한 감소를 가져올 수 있다.
독일 공개 제 198 32 186호는 비교가능한 성질을 가진 유사 조성물에 대하여 기재하고 있다.
독일 공개 제 196 50 288호에 의하면, 적어도 하나의 전기적인 절연 코팅층은 실리콘(silicon)과 선택적으로 붕소(boron), 알루미늄(aluminum), 인 (phosphorus), 주석(tin), 납(lead), 전이금속(transition metal), 란탄족 (lanthanide) 및 악티늄족(actinide) 화합물의 가수분해 축합에 의하여 제조된 유기적으로 변형된 실리카(이형)중축합체(silica(hetero)polycondensate)를 함유한다. 여기서 단량체 단위(monomer unit)는 무기 및 유기 성분을 필수적으로 포함하며, 이차적으로 가교 결합되어 있다. 얻어진 코팅제는 우수한 열충격 저항(thermal shock resistance) 및 표면 품질(surface quality)을 가진다. 우수한 유연성은 얻어지지 않는다.
본 출원인의 미공개 독일 특허출원 제 198 11 333.1호에 있어서는, 결합제 외에, 또한 원소-유기 화합물(element-organic compound), 특히 실리콘, 게르마늄(germanium), 티타늄(titanium) 및 지르코늄(zirconium)을 함유하는 부분 방전-저항 코팅제가 제안되고 있다. 사용된 유기 라디칼은 C1 내지 C20 알킬 라디칼 또는 킬레이팅 라디칼, 알킬아민 (alkylamine), 알칸올아민(alkanolamine), 아세테이트 (acetate), 시트레이트 (citrate), 락테이트(lactate) 및/또는 아세토네이트 (acetonate) 라디칼이다. 사용된 유기금속 화합물(organometallic compound)은 단량체성 화합물이다.
미공개 특허출원 제 198 41 977.5호에 있어서, 무기-유기 혼성 중합체 (inorganic-organic hybrid polymer)가 사용된다. 단량체성 원소-유기 화합물 (monomeric element-organic compound)로부터 원소-유기 혼성 중합체(element-organic hybrid polymer)로의 전이는 본원 코팅층의 부분 방전 저항을 부가적으로 개선시킨다.
엄격한 요구사항을 위해, 특히 연속 작동의 3상 교류 전동기 및 주파수 변환기-제어 전동기를 위해서는 얻어진 부분 방전 저항의 개선의 필요성은 여전하다.
따라서, 본 발명의 목적은 금속 전도체용, 특히 와이어용 코팅 조성물을 제공하는 데 있다. 특히 코팅된 와이어가 신장(extension)되어질 때, 종래 기술 분야의 용액과 비교하여 와이어의 부분 방전 저항을 증가시키기 위한 코팅 조성물을 제공하는 데 있다. 또한 단일층(single-layer) 도포(application)로서 코팅 조성물의 도포성(applicability) 또는 다중층 (multi-layer) 도포에 있어 코팅층으로서 코팅 조성물의 도포성 및 코팅제의 표면 품질과 유연성을 개선시키는 데 있다.
본 발명은 개선된 부분 방전 저항(partial discharge resistance) 및 우수한 기계적 성질을 갖는, 예컨대 와이어(wire)와 같은 금속 전도체용 코팅 조성물에 관한 것이다.
도 1은 반응성 작용기 R1으로서 OH기를 가진 나노머를 도시하고 있다. 이러한 OH 작용기를 대신하여 상응하는 작용기, 예컨대 에스테르류, 카르복실산류, 이소시아네이트류, 에폭사이드류, 무수물류 등과 반응시킬 수 있다.
도 2에 따른 나노머의 반응성은 R1으로서는 OH 작용기에 의하여 결정되고 R3의 실시예로서는 다양한 수지 배열 폴리에스테르 이미드 및 THEIC 폴리에스테르 이미드에 의하여 결정된다.
도 3 및 도 4에 따른 나노머는 반응 성분 R1으로서 오르소-티탄산 에스테르 작용기를 가진다. 또한 도 4에 의한 나노머는 폴리머 단편 R3로서 THEIC 폴리에스테르 이미드를 가진다.
유기 라디칼 Z는 이소프로필, 부틸, 부틸디글리콜, 트리에탄올아민, 아세틸 아세톤, 폴리아미드 이미드, 폴리우레탄 및 폴리에스테르 이미드 그룹 그리고 아미노트리에탄올레이트 및 에폭사이드 그룹을 나타내며, 특히 R4를 포함하는 그룹으로부터 선택되어진다.
이러한 목적은
A) 알루미늄(aluminum), 주석(tin), 붕소(boron), 게르마늄(germanium), 갈륨(gallium), 납(lead), 전이금속(transition metal)과 락탄족(lanthanide) 및 악티늄족(actinide)을 포함하는 일련의 원소, 특히 실리콘(silicon), 티타늄 (titanium), 아연(zinc), 이트륨(yttrium), 세륨(cerium), 바나듐(vanadium), 하프늄(hafnium), 지르코늄(zirconium), 니켈(nickel) 및/또는 탄탈륨(tantalum)을 포함하는 일련의 원소를 가진 원소-산소 네트워크(element-oxygen network)를 토대로 한 하나 이상의 반응성 있는 나노머(nanomer) 1 중량% 내지 60 중량%,
B) 하나 이상의 통상적인 결합제(binder) 0 중량% 내지 90 중량%, 및
C) 하나 이상의 통상적인 첨가제(additive), 용매(solvent), 안료 (pigment) 및/또는 충전제(filler) 0 중량% 내지 95 중량%를 함유하는 코팅 조성물에 의해 분명히 달성할 수 있다.
이 중에서 성분 A의 반응성 있는 나노머는 원소-산소 네트워크를 토대로 하고 있는데, 그 표면 상에 반응성 작용기 R1과 선택적으로 비-반응성 및/또는 부분 반응성 작용기 R2와 R3가 네트워크의 산소를 대신하여 결합되어 있다.
본 발명에 따른 나노머에 함유된 R1의 양은 98 중량%, 바람직하게는 40 중량%, 특히 바람직하게는 30 중량%까지이고, R2와 R3의 양은 0 중량% 내지 97 중량%, 바람직하게는 0 중량% 내지 40중량%, 특히 바람직하게는 0 중량% 내지 10 중량%이다.
여기서 R1은 금속 산 에스테르류(metal acid ester), 예컨대 OTi(OR4)3, OZr(OR4)3, OSi(OR4)3, OSi(R4)3; OHf(OR4)3; NCO; 우레탄(urethane), 에폭사이드 (epoxide), 에폭시(epoxy), 카르복실산 무수물(anhydirde); C=C 이중결합 시스템, 예컨대 메타크릴레이트(methacrylate), 아크릴레이트(acrylate); OH; 산소를 대신하여 결합된 알코올류, 예컨대 비스(1-하이드록시메틸프로판)-1-메틸로레이트 (bis(1-hydroxymethylpropane)-1-methylolate), 2,2-비스-(하이드록시메틸)-1-프로판올-3-프로판올레이트(2,2-bis-(hydroxymethyl)-1-propanol-3-propanolate), 2-하이드록시프로판-1-올-3-올레이트(2-hydorxypropan-1-ol-3-olate), 에스테르류, 에테르류 예컨대, 2-하이드록시에탄올레이트(2-hydroxyethanolate), C2H4OH, 디에틸렌 글리콜레이트(diethylene glycolate), C2H4OC2H4OH, 트리에틸렌 글리콜레이트 (triethylene glycolate), C2H4OC2H4OC2H4OH; 킬레이팅제, 예컨대 아미노트리에탄올레이트(aminotriethanolate), 아미노디에탄올레이트(aminodiethanolate), 아세틸 아세토네이트(acetyl acetonate), 에틸 아세토아세테이트(ethyl acetoacetate), 락테이트(lactate); COOH; NH2; NHR4; 및/또는 에스테르류, 반응성 수지 성분, 예컨대, OH-, SH-, COOH-, NCO-, 캡핑된(capped) NCO-, NH2-, 에폭시, 카르복실산 무수물, C=C, 금속 산 에스테르류(metal acid esters), 실란-함유 폴리우레탄류(silane-containing polyurethanes), 폴리에스테르류(polyesters), 폴리(THEIC)에스테르류 (poly(THEIC)esters), 폴리(THEIC)에스테르 이미드류(poly(THEIC)ester imides),폴리아미드 이미드류(polyamide imides), 폴리아미드류(polyamides), 폴리실옥산류 (polysiloxanes), 폴리술파이드류(polysulfides), 폴리비닐 포르말류(polyvinyl formals), 폴리머류, 예컨대 폴리아크릴레이트류(polyacrylates)의 라디칼을 나타낸다.
R2는 방향족 화합물, 예컨대 페닐(phenyl), 크레실(cresyl), 노닐페닐 (nonylphenyl), 지방족(aliphatic) 화합물, 예컨대 분지형, 선형, 포화, 불포화 알킬 라디칼 C1 내지 C30, 지방산 유도체; 선형 또는 분지형 에스테르류 및/또는 에테르류의 라디칼을 나타낸다.
R3는 수지 라디칼, 예컨대 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에스테르 이미드(polyester imide), THEIC-폴리에스테르 이미드(THEIC-polyester imide), 폴리티탄 에스테르(polytitanic ester) 수지류 및 그 유도체; 유기 유도체를 가진 폴리실옥산 수지류; 폴리술파이드, 폴리아미드, 폴리아미드 이미드, 폴리비닐 포르말 수지류, 및/또는 폴리머류, 예컨대 폴리아크릴레이트류, 폴리히단토인류 (polyhydantoins), 폴리벤지미다졸류(polybenzimidazoles)를 나타낸다.
그리고 R4는 아크릴레이트, 페놀, 멜라민(melamine), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에스테르 이미드, 폴리술파이드, 에폭사이드, 폴리아미드, 폴리비닐 포르말 수지류; 방향족 화합물, 예컨대 페닐, 크레실, 노닐페닐; 지방족 화합물, 예컨대 C1 내지 C30을 갖는 분지형, 선형, 포화, 불포화 알킬 라디칼; 에스테르류; 에테르류, 예컨대 메틸 글리콜레이트(methyl glycolate), 메틸 디글리콜레이트(methyl diglycolate), 에틸 글리콜레이트(ethyl glycolate), 부틸 디글리콜레이트 (butyl diglycolate), 디에틸렌 글리콜레이트, 트리에틸렌 글리콜레이트; 알코올레이트류(alcoholates), 예컨대 1-하이드록시메틸-프로판-1,1-디메틸로레이트(1-hydroxymethyl-propane-1,1-dimethylolate), 2,2-비스-(하이드록시메틸)-1,3-프로판 디올레이트(2,2-bis-(hydroxymethyl)-1,3-propane diolate), 2-하이드록시프로판-1,3-디올레이트(2-hydroxypropane-1,3-diolate), 에틸렌 글리콜레이트 (ethylene glycolate), 네오펜틸 글리콜레이트(neopentyl glycolate), 헥산 디올레이트(hexane diolate), 부탄 디올레이트(butane diolate); 지방류, 예컨대 피마자유(castor oil) 및/또는 킬레이팅제, 예컨대 아미노트리에탄올레이트, 아미노디에탄올레이트, 아세틸 아세토네이트, 에틸 아세토아세테이트, 락테이트의 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 성분 A)의 나노머는 원소-산소 네트워크로 이루어져 있는데그 표면상에 반응성 작용기 R1과 선택적으로 비-반응성 또는 부분 반응성 작용기 R2와 R3가 네트워크의 산소를 대신하여 결합되어 있다 . 상기 기재된 작용기 R1내지 R4를 가진 나노머는 입자로서 평균 반지름이 1nm 내지 300nm, 바람직하게는 2nm 내지 80nm, 특히 바람직하게는 4nm 내지 50nm의 범위이다.
본 발명에 따른 나노머는 코팅 조성물에 있어 1 중량% 내지 60 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 30 중량%의 양이 함유되어 있다.
본 발명에 따른 나노머의 원소-산소 네트워크는 산소를 대신하여 결합되어있는 상기 언급된 원소들을 함유한다. 그 네트워크는 각각의 경우에 있어 산소에 결합된 규칙 및/또는 불규칙 배열 내에 하나 이상의 동일 또는 상이한 원소를 함유할 수 있다.
무기 네트워크(inorganic network)는 티타늄, 실리콘, 알루미늄 및/또는 지르코늄을 포함하는 일련의 원소를 함유하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 나이아콜 프로덕트 사(Nyacol Product Inc.)의 제품인 나이아콜 (Nyacol) DP 5480를 토대로 하는 화합물을 성분 A)로서 사용할 수 있다.
선택적으로, 유기 단위(organic unit), 예컨대 방향족 화합물, 지방족 화합물, 에스테르류, 에테르류, 알코올레이트류, 지방류 및 킬레이팅제, 이미드류, 아미드류, 아크릴레이트류의 라디칼 또한 본 발명에 따른 나노머의 네트워크 내에서 수행될 수 있다.
작용기 R1으로서는 OTi(OR4)3, OZr(OR4)3, 아세틸 아세토네이트, 2-하이드록시에탄올레이트, 디에틸렌 글리콜레이트, OH의 사용이 바람직하다.
작용기 R3으로서는 폴리에스테르 이미드류 및/또는 THEIC 폴리에스테르 이미드 수지의 라디칼을 사용하는 것이 바람직하다.
작용기 R4으로서는 아크릴레이트 수지, 아미노트리에탄올레이트, 아세틸 아세토네이트, 폴리우레탄 수지 및 부틸 디글리콜레이트의 사용이 바람직하다.
각각의 경우에 있어 라디칼 R1내지 R4는 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 성분 A)의 나노머에 관한 실시예가 도 1 내지 4에 도시되어 있다.
본 발명에 따라 사용된 성분 A)의 나노머 외에, 단량체성 및/또는 중합체성 원소-유기 화합물이 코팅 조성물에 포함될 수 있다. 중합체성 원소-유기 화합물의 실시예는 예컨대 미공개 독일 특허출원 제 198 41 977.5호에서 언급된 바와 같이, 무기-유기 혼성 중합체를 포함한다. 단량체성 원소-유기 화합물의 실시예는 오르소-티탄산 에스테르류(ortho-titanic acid esters) 및/또는 오르소-지르콘산 에스테르류(ortho-zirconic acid esters), 예컨대 노닐(nonyl), 세틸(cetyl), 스테아릴(stearyl), 트리에탄올아민(triethanolamine), 디에탄올아민(diethanolamine), 아세틸 아세톤(acetyl acetone), 아세토아세트산 에스테르류(acetoacetic acid esters), 테트라-이소프로필(tetra-isopropyl), 크레실, 테트라부틸 티탄네이트 (tetrabutyl titanate) 또는 지르코네이트(zirconate), 그리고 티타늄 테트라락테이트(titanium tetralactate), 하프늄 및 실리콘 화합물, 예컨대 하프늄 테트라부톡사이드(hafnium tetrabutoxide) 및 테트라에틸 실리케이트(tetraethyl silicate) 및/또는 다양한 실리콘 수지를 포함한다.
본 발명의 조성물은 부가적으로 이러한 종류의 중합체성 및/또는 단량체성 원소-유기 화합물을 0 중량% 내지 70 중량%의 양으로 함유할 수 있다.
성분 A)는 작용기 R1내지 R3에 상응하는 유기 반응제(organic reactant)의 존재 하에 적합한 원소-유기 또는 원소-할로겐 화합물의 통상적인 가수분해 및 축합 반응에 의해 제조될 수 있다.
유사하게도, 유기 수지 및/또는 나노머 성분은 상응 나노머에 대해 상응하는 원소-옥사이드 화합물(element-oxide compound)과 반응할 수 있다.
그러한 제조 방법은 당업자에게 알려져 있으며, 이에 관해서는 예컨대 Ralph K. Iler, John Wiley and Sons, "The Chemistry of Silica", New York, p.312 ff, 1979를 참조토록 한다.
본 발명에 따른 조성물은 성분 B)로서 와이어 코팅제 분야에서 공지되고 관례화되어 있는 하나 이상의 결합제를 함유할 수 있다. 실시예는 폴리에스테르류, 폴리에스테르 이미드류, 폴리아미드류, 폴리아미드 이미드류, THEIC 폴리에스테르 이미드류, 폴리티탄산 에스테르-THEIC 에스테르 이미드류, 페놀 수지류, 멜라민 수지류, 폴리메타크릴이미드류(polymethacrylimides), 폴리이미드류, 폴리비스말레인이미드류(polybismaleinimides), 폴리에테르 이미드류, 폴리벤조사진 다이온류 (polybenzoxazine diones), 폴리히단토인류, 폴리비닐 포르말류, 폴리비닐 아세탈류 및/또는 캡핑된 이소시아네이트류(capped isocyanates)를 포함한다. 또한 결합제는 예컨대 에폭사이드류 및 아크릴레이트 수지류를 추가로 포함한다.
폴리에스테르류 및/또는 폴리에스테르 이미드류, 특히 THEIC-폴리에스테르 이미드류를 사용하는 것이 바람직하다.
사용된 폴리에스테르류는 예컨대 와이어 코팅제로서 잘 알려진 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 또한 헤테로 고리모양(heterocyclic), 질소-함유 고리 (nitrogen-containing rings)가 있는 폴리에스테르류, 예컨대 분자로 축합된 이미드와 히단토인 및 벤지미다졸 구조가 있는 폴리에스테르류일 수 있다.
특히, 일부 단일작용기 화합물, 예컨대 일가(monohydric) 알코올류를 선택적으로 가진 이미드-함유 폴리에스테르 아미노 그룹-함유 화합물(imide-containing polyester amino group-containing compound)의 경우에, 폴리에스테르류는 다가 (polyvalent), 지방족, 방향족 및/또는 시클로방향족 (cycloaliphatic) 카르복실산류 및 그 무수물, 다가(polyhydric) 알코올류의 축합 산물을 포함한다.
바람직하게도 포화 폴리에스테르 이미드류는 테레프탈산 폴리에스테르류 (terephthalic acid polyesters)에 토대를 두고 있으며, 또한 디올류(diols) 외에도, 폴리올류(polyols) 및 부가적인 디카르복실산 성분으로서, 디아미노디페닐메탄 (diaminodiphenylmethane)과 트리멜라이트(trimellitic) 무수물의 반응 산물을 함유할 수 있다.
또한, 불포화 폴리에스테르 수지 및/또는 폴리에스테르 이미드류를 사용할 수 있다. 불포화 폴리에스테르 및/또는 폴리에스테르 이미드류의 사용이 바람직하다.
게다가, 성분 B)로서 폴리아미드류, 예컨대 열가소성 폴리아미드류 및 그로부터 제조된 종류의 폴리아미드 이미드류, 예컨대 트리멜라이트 무수물 및 이소시아네이토디페닐 메탄(isocyanatodiphenyl methane)을 사용될 수 있다. 성분 B)로서 사용되는 페놀 수지 및/또는 폴리비닐 포르말류는 페놀류 및 알데히드류의 중축합에 의해 수득가능한 노보락류(novolaks), 또는 폴리비닐 알코올류 및 알데히드류 및/또는 케톤류로부터 수득가능한 폴리비닐 포르말류를 포함한다. 또한 성분 B)로서 캡핑된 이소시아네이트류, 예컨대 폴리올류, 아민류, CH-산 화합물(예컨대 아세토아세트산 에스테르류, 말론 에스테르류(malonic esters) 등)의 첨가생성물 및 디이소시아네이트류(diisocyanates), 크레솔류(cresols) 그리고 캡핑제로서 대개 사용되는 페놀류를 사용할 수 있다.
조성물은 성분 C)로서 안료 및/또는 충전제, 예컨대 이산화티타늄 또는 카본 블랙(carbon black) 같은 착색-전달(colour-imparting) 무기 및/또는 유기 안료, 그리고 금속 박편(metal flake) 안료 및/또는 진주광택이 나는(pearlescent) 안료 같은 특수 효과의 안료를 함유할 수 있다. 함유된 첨가제의 실시예는 통상적인 페인트 첨가제, 예컨대 신장제(extender), 가소성 성분(plasticising component), 촉진제(예컨대 금속염, 치환 아민류), 개시제(예컨대 광개시제, 열에 반응하는 개시제), 안정제(예컨대 하이드로퀴논류(hydroquinones), 퀴논류(quinones), 알킬 페놀류, 알킬 페놀 에테르류), 소포제, 균염제(levelling agent)를 포함한다.
용해도를 증가시키기 위해서, 조성물은 유기 용매, 예컨대 방향족 탄화수소, N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 크레솔류, 페놀류, 자이레놀류(xylenols), 스티렌류(styrenes), 비닐 톨루엔(vinyl toluene), 메틸 아크릴레이트류를 함유할 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 예컨대, 30 중량% 내지 95 중량%의 유기 용매를 함유할 수 있다.
임의적으로, 본 발명에 따른 조성물은 또한 통상적인 와이어 코팅제와 혼합시킬 수 있고, 그런 다음 통상적인 방법에 의해 응용할 수 있다.
본 발명에 의한 조성물의 도포는 사용된 와이어의 형태 및 직경에 무관하게 통상적인 방법에 의해 일어날 수 있다. 와이어는 본 발명에 따른 조성물로 직접 코팅시킬 수 있고 그런 다음 오븐에서 스토빙(stoving)시킬 수 있다. 코팅과 스토빙은 선택적으로 몇회 연속할 수 있다. 상기 오븐은 코팅되어지는 와이어의 성질에 의존하는 지속 시간, 코팅 횟수, 열건조 온도, 코팅 속도와 같은 코팅제의 조건에 따라 수평 또는 수직으로 배열될 수 있다. 예를 들어 코팅 온도는 실온에서 400℃의 범위일 수 있다. 또한 주위(ambient) 온도는 400℃ 이상, 예컨대 800℃까지일 수 있는데, 이는 본 발명의 코팅제의 품질에 어떠한 식별가능한 저하 없이 코팅하는 동안 가능하다.
소건(stoving) 과정 동안, 본 발명에 따른 조성물의 성분, 특히 성분 A) 및 B)는 서로 화학적으로 반응할 수 있다. 성분 A) 및 B)의 화학적 성질에 따라, 다양한 화학 반응, 예컨대 에스테르 교환 반응, 중합 반응, 첨가 반응, 축합 반응이 가능하다. 성분 A) 및 B)의 바람직한 사용에 따라, 축합 반응이 우선적으로 일어날 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 와이어의 성질 및 직경과 무관하게 사용할 수 있다. 예컨대 직경 5㎛에서 6㎜의 와이어를 코팅할 수 있다. 적합한 와이어는 통상적인 금속 전도체, 예컨대 구리, 알루미늄, 아연, 철, 금, 은 또는 그 합금의 금속 전도체를 포함한다.
본 발명의 코팅 조성물은 와이어의 다중 코팅의 구성물로서 함유될 수 있다. 상기 다중 코팅은 본 발명에 따른 적어도 하나의 코팅 조성물을 함유할 수 있다.
본 발명에 따라, 와이어는 이미 존재하는 코팅제와 함께 코팅될 수 있고 또는 그러한 코팅제 없이 코팅될 수도 있다. 현 코팅제는 예컨대, 절연 코팅제 및 난연성 코팅제를 포함할 수 있다. 그러한 경우에 본 발명의 코팅층 두께는 상당 정도 달라질 수 있다.
본 발명의 코팅제를 대신하여 추가 코팅제, 예컨대 추가로 절연 코팅제를 도입하는 것도 가능하다. 또한 그러한 코팅제는 예컨대 기계적 성질을 개선시키기 위해 그리고 목적하는 표면 성질을 만들기 위해 그리고 매끈함(smoothing)을 위해 상부 코트(top coat)으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리아미드류, 폴리아미드 이미드류 및 폴리이미드류에 기초한 조성물이 상부 코트로서 특히 적합하다.
더욱 특히, 본 발명의 조성물은 또한 단일 코트(one-coat) 도포로서도 적합하다.
본 발명에 따라 상기 조성물은 통상적인 층두께로 도포될 수 있다. 또한 본 발명에 따라 얻어진 부분 방전 저항, 그리고 코팅제의 부착성, 강도 및 신장성(extensibility)에 영향을 주지 않으면서 박층(thin layer)을 도포하는 것도 가능하다. 건조층 두께는 얇은(thin) 와이어 및 두꺼운(thick) 와이어에 대한 표준화된 수치에 따라 변할 수 있다.
본 발명의 조성물에 의해 얻어진 코팅제는 이제까지 공지된 조성물에 비해 코팅의 부분 방전 저항을 증가시킨다. 이는 고전압, 특히 펄스파형 전압의 영향 아래 연속 부하의 결과로서 가능한 것이다. 단독으로 단량체성 및/또는 중합체성 원소-유기 화합물에만 기초한 코팅제에 비해서 이들은 고도의 연속 부하능과 장기간 사용 수명에 그 특징이 있다. 코팅된 와이어의 부분 방전 저항은 증가될 수 있고 그래서 이들은 고전압 부하 및 펄스파형 고전압 부하를 가지는 용도에 특히 적합하다.
본 발명은 아래와 같은 실시예를 토대로 설명되어진다.
종래 기술에 의한 와이어 코팅제의 제조
실시예 1a(비교예)
트리스-(2-하이드록시에틸)-이소시아누레이트(tris-(2-hydroxyethyl) isocyanurate, THEIC) 261.2g, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 93.2g, 디메틸 테레프탈레이트(dimethyl terephthalate, DMT) 194.2g 및 아연 아세테이트(zinc acetate) 0.5g을 교반기, 온도계 및 증류 단위(distillation unit)가 부착되어 있는 2 리터짜리 삼구 플라스크(three-necked flask)에 주입한 후 4시간 동안 210℃로 가열시켰다. 60g의 메탄올을 증류시켰다. 150℃로 냉각시킨 후, 192.1g의 트리멜라이트 무수물(trimellitic anhydride, TMA)과 99.0g의 메틸렌 디아닐린 (methylene dianiline, DADM)을 첨가하였다. 상기 혼합물을 교반시키면서 3시간 동안 220℃로 가열시키고, 추가로 3시간 동안 이 온도를 유지하였다. 33g의 물을 증류시켰다. 그런 다음 상기 혼합물을 180℃로 냉각시키고 크레솔(cresol) 500g을 첨가시켰다.
추가로 교반시키면서, 882.0g의 크레솔, 273.0g의 솔베쏘(Solvesso) 100, 100.0g의 자일렌(xylene), 9.0g의 상용화된 페놀 수지 A, 45.0g의 상용화된 페놀 수지 B 및 18.0g의 오르소-티탄산-테트라부틸에스테르(ortho-titanic acid tetrabutylester)를 사용하여 즉석 사용가능한(ready to use) 현 수지 용액 제제를 제조하였다.
그 결과 생성된 와이어 코팅제는 31.3%의 고형물 함량과 410mPas의 점도를 가진다.
실시예 1b(비교예)
WO 제 96/41909호에 의한 140g의 미립자 SiO2물질과 320g의 크레솔을 실시예 1a에 의한 1800g의 와이어 코팅제에 첨가시키고 60분 동안 교반시켰다. 그 결과 고형물 함량 30.3% 및 점도 530mPas의 코팅 현탁액을 수득하였다.
본 발명에 의한 와이어 코팅제의 제조
실시예 2
200g의 "나이아콜(Nyacol) DP 5480"(에틸렌 글리콜 내에 30%의 OH 작용기를 갖는 Si-O 나노머, 나노머 반경: 25 nm, 나이아콜 프로덕트사로부터 입수)을 강한 교반과 함께 실시예 1a에 의한 와이어 코팅제 1800g에 첨가하여 60분 동안 교반시켰다. 고형물 함량 30.9%와 점도 390mPas의 코팅 현탁액을 얻었다.
실시예 3
400g의 "나이아콜(Nyacol) DP 5480"을 강한 교반과 함께 실시예 1a에 의한 와이어 코팅제 1600g에 첨가하여 60분 동안 교반시켰다. 고형물 함량 30.6%와 점도 370mPas의 코팅 현탁액을 얻었다.
실시예 4
교반기, 온도계 및 증류 단위가 부착되어 있는 2 리터짜리 삼구 플라스크 (three-necked flask)내에서, 트리스-(2-하이드록시에틸)-이소시아누레이트(THEIC) 130.5 g, 에틸렌 글리콜 62.0g, 디메틸 테레프탈레이트(DMT) 194.2g과 Ralph K. Iller, loc. cit.에 기술되어 있는 방법으로 제조한 OH-작용성 Si-O 나노머(평균 반경: 25nm) 180.0g을 강한 교반과 함께 70℃ 내지 80℃에서 충분히 혼합시켰다.그런 다음 0.5g의 아연 아세테이트를 첨가하고 4시간 동안 210℃로 가열시켰다. 60g의 메탄올을 증류시켰다. 150℃로 냉각시킨 후, 192.1g의 트리멜라이트 무수물(TMA)과 99.0g의 메틸렌 디아닐린(DADM)을 첨가하였다. 상기 혼합물을 교반시키면서 3시간 동안 220℃로 가열시키고, 추가로 3시간 동안 이 온도를 유지하였다. 33g의 물을 증류시켰다. 그런 다음 상기 혼합물을 180℃로 냉각시키고 크레솔 500.0g을 첨가시켰다.
추가로 교반시키면서, 900.0g의 크레솔, 284.5g의 솔베쏘(Solvesso) 100, 100.0g의 자일렌, 9.2g의 상용화된 페놀 수지 A, 46.2g의 상용화된 페놀 수지 B 및 18.4g의 오르소-티탄산-테트라부틸에스테르을 사용하여 즉석 사용가능한 현 수지 용액 제제를 제조하였다.
그 결과 생성된 와이어 코팅제는 30.8%의 고형물 함량과 380mPas의 점도를 가진다.
실시예 5
교반기, 온도계 및 증류 단위가 부착되어 있는 2 리터짜리 삼구 플라스크 (three-necked flask)에, 트리스-(2-하이드록시에틸)-이소시아누레이트(THEIC) 26 1.2g, 에틸렌 글리콜 93.2g, 디메틸 테레프탈레이트(DMT) 194.2g 및 아연 아세테이트 0.5g을 주입한 후 4시간 동안 210℃로 가열시켰다. 60g의 메탄올을 증류시켰다. 150℃로 냉각시킨 후, 192.1g의 트리멜라이트 무수물(TMA)과 99.0g의 메틸렌 디아닐린(DADM)을 첨가하였다. 상기 혼합물을 교반시키면서 3시간 동안 220℃로 가열시키고, 추가로 3시간 동안 이 온도를 유지하였다. 33g의 물을 증류시켰다. 그런 다음 상기 혼합물을 180℃로 냉각시키고 크레솔 500g을 첨가시켰다. 오르소-티탄산-테트라-이소프로필 에스테르 45.0g과 Ralph K. Iler, loc. cit.에 기술되어 있는 방법으로 제조한 OH-작용성 Al-O-Si-O 나노머(평균 반경: 20nm) 190.0g을 강한 교반과 함께 60℃ 내지 80℃에서 첨가시키고, 5시간 동안 205℃로 가열시킨 다음, 38.2g의 이소프로판올을 증류시켰다. 냉각시킨 후에 추가로 교반시키면서, 1100.0g의 크레솔, 355.0g의 솔베쏘(Solvesso) 100, 129.0g의 자일렌, 11.0g의 상용화된 페놀 수지 A, 50.0g의 상용화된 페놀 수지 B를 사용하여 즉석 사용가능한 현 수지 용액 제제를 제조하였다.
그 결과 생성된 와이어 코팅제는 30.5%의 고형물 함량과 370mPas의 점도를 가진다.
시험:
고형물 함량 1g, 1시간, 180℃[%]. DIN EN ISO 3251
25℃에서의 점도[mPas] 또는 [Pas] DIN 53015
도포(application)
나선 두께 0.3mm의 구리 와이어를 실시예 2 내지 5 및 비교예 1a와 1b(단일층 코팅)에 기재되어 있는 와이어 코팅제를 가지고 통상적인 와이어 코팅 플랜트(wire coating plant) 상에서 코팅시켰다. 생성된 층의 두께는 18㎛였다.
표 1: 코팅된 구리 와이어의 기술적 데이타(DIN 46453 및 DIN EN 60851에 따른 것이다)
비교예 1a 비교예1b 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
연화점(softening point) 394℃ 396 402℃ 404℃ 357℃ 402℃
열충격1 x d 220℃ 220℃ 220℃ 220℃ 220℃ 220℃
랩핑 동안부착성 및 신장성1 x d 25% 10% 20% 15% 20% 15%
펜슬 경도 3-4 H 4-5 H 6-7 H 6-7 H 6-7 H 6-7 H
페인트성(paintability) 만족 만족 만족 만족 만족 만족
변환기상의유효수명* 0.8시간 >1000시간 >1000시간 >1000시간 >1000시간 >1000시간
변환기상의유효수명* 0.5시간 390 80시간 420시간 480시간 430시간
5% 사전신장(pre-extension)시킨 코팅된 와이어 0.3시간 21시간 70시간 430시간 490시간 410시간
10% 사전신장시킨 코팅된 와이어 0.2시간 13시간 60시간 430시간 500시간 430시간
시에멘스(Siemens)의 430시간*주파수 변환기: 시모버트(Simovert) P 6SE2103-3AA01
출력(Output): 2.8kVA, 사이클 주파수(cycle frequency): 10kHz

Claims (12)

  1. A) 알루미늄, 주석, 붕소, 게르마늄, 갈륨, 납, 전이금속 및 락탄족과 악티늄족을 포함하는 일련의 원소를 가진 원소-산소 네트워크(element-oxygen network)를 토대로 한 하나 이상의 반응성 있는 나노머(nanomer) 1 중량% 내지 60 중량%,
    B) 하나 이상의 통상적인 결합제 0 중량% 내지 90 중량%, 및
    C) 하나 이상의 통상적인 첨가제, 용매, 안료 및/또는 충전제 0 중량% 내지 95 중량%를 함유하는 전기 전도체용 코팅 조성물.
    이 중에서 성분 A의 반응성 있는 나노머는 원소-산소 네트워크를 토대로 하고 있고, 그 표면상에 반응성 작용기 R1과 선택적으로 비-반응성 및/또는 부분 반응성 작용기 R2와 R3가 네트워크의 산소를 대신하여 결합되어 있으며,
    본 발명에 의한 나노머에 함유된 R1의 양은 98 중량%까지이고, R2와 R3의 양은 0 중량% 내지 97 중량%이다.
    여기서 R1은 금속 산 에스테르류(metal acid esters); NCO; 우레탄 그룹, 에폭사이드 그룹, 에폭시, 카르복실산 무수물; C=C 이중결합 시스템; OH; 산소를 대신하여 결합된 알코올류, 에스테르류, 에테르류; 킬레이팅제; COOH; NH2, NHR4; 및/또는 반응성 수지 성분의 라디칼을 나타내고,
    R2는 방향족 화합물, 지방족 화합물, 지방산 유도체; 에스테르류 및/또는 에테르류의 라디칼을 나타내고.
    R3는 수지 라디칼을 나타내며.
    R4는 아크릴레이트, 페놀, 멜라민, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에스테르 이미드, 폴리술파이드, 에폭사이드, 폴리아미드, 폴리비닐 포르말 수지류; 방향족 화합물, 지방족 화합물; 에스테르류; 에테르류, 알코올레이트, 지방류 또는 킬레이팅제의 라디칼을 나타낸다.
  2. 제 1항에 있어서, 라디칼 R1이 OTi(OR4)3, OZr(OR4)3, 아세틸 아세토네이트, 2-하이드록시에탄올레이트, 디에틸렌 글리콜레이트를 나타내는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 작용기 R3가 폴리에스테르 이미드류 및/또는 THEIC 폴리에스테르 이미드류의 라디칼을 나타내는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  4. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 작용기 R4가 아크릴레이트 수지, 아미노트리에탄올레이트, 아세틸 아세토네이트, 폴리우레탄 수지 및/또는 부틸 디글리콜레이트의 라디칼을 나타내는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  5. 제 1항 내지 제 4항에 있어서, 성분 A의 반응성 있는 나노머가 산소를 대신하여 결합된 티타늄, 알루미늄, 실리콘 및/또는 지르코늄을 포함하는 일련의 원소네트워크를 함유하는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  6. 제 1항 내지 제 5항에 있어서, 성분 A의 반응성 있는 나노머가 2nm 내지 80nm의 평균 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  7. 제 1항 내지 제 6항에 있어서, 함유된 단량체성 및/또는 중합체성 원소-유기 화합물(element-organic compound)이 오르소티탄산 에스테르, 오르소지르콘산 에스테르, 티타늄 테트라락테이트, 하프늄 테트라부톡사이드, 테트라에틸 실리케이트 및/또는 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중의 한 항에 따른 코팅 조성물을 도포하는 것을 특징으로 하는, 코팅 조성물의 도포에 의한 금속 전도체의 코팅 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 금속 전도체로서 전기 전도성있는 와이어를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8항 및 제 9항에 있어서, 사전 코팅된(pre-coated) 전기 전도체를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8항 내지 제 10항에 있어서, 제 1항 내지 제 7항에 따른 코팅 조성물을 단일층 도포로서 및/또는 하부 코트(base coat), 중간 코트(middle coat) 및/또는 상부 코트(top coat)로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 금속 전도체를 코팅시키기 위한 제 1항 내지 제 7항 중의 한 항에 따른 조성물의 용도.
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