KR20020052864A

KR20020052864A - 유기 무기 복합 코팅제가 코팅된 무방향성 전기강판

Info

Publication number: KR20020052864A
Application number: KR1020000082332A
Authority: KR
Inventors: 조남웅; 김영모
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-04

Abstract

본 발명은 용접특성이 우수한 절연피막 형성용 코팅액을 코팅한 무방향성 전기강판에 관한 것으로, 본 발명은 MgO; 6.00-11.59 wt%, CrO₃; 19.00-24.59 wt%, 에멀젼 유화수지; 11.00-15.74 wt%, 에틸렌 글리콜; 5-8 wt%, 소포제; 0.01-1.0 wt%, H₂O; 27.9-44.7 wt%으로 이루어진 용액에 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 그리고 지르코니아졸로부터 선택된 적어도 하나 이상의 무기졸을 5.2-22.0wt%를 첨가한 유기 무기 복합 코팅액이 표면에 피복된 무방향성 전기강판을 제공한다.

Description

유기 무기 복합 코팅제가 코팅된 무방향성 전기강판{Non-Oriented Silicon Steel Coated With Organic Inorganic Complex Coating Solution}

본 발명은 무방향성 전기강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접특성이 우수한 절연피막 형성용 코팅액을 코팅한 무방향성 전기강판에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 강판내에 결정구조의 배열이 불규직적이어서 특정결정방위에 편중되지 않는 자기적특성을 나타낸다. 이러한 자기적 특성 때문에 무방향성 전기강판은 전동기나 발전기 그리고 소형 변압기등에 널리 사용되고 있다.

무방향성 전기강판은 그 응용범위가 매우 넓기 때문에 각 응용처에 사용되기 위해서는 자기적 특성, 강판의 두께 편차, 층간 절연성, 내식성, 타발가공성 그리고 용접성 등 다양한 물리 화학적 특성을 갖출 필요가 있다.

무방향성 전기강판은 필요한 전자기적 특성을 갖추기 위해 강판의 표면에 절연피막을 형성하여 사용한다.

이러한 절연피막은 적층되는 철판사이의 층간 절연을 목적으로 형성된다. 이와 같이 절연피막을 형성한 상태의 강판은 강판의 절연특성은 물론 제품으로 가공하기 위한 특성인 타발성, 용접성을 갖추어야 하며, 아울러 내식성과 같은 화학적특성도 동시에 갖추어야 한다. 이러한 가공성과 화학적 특성은 강판표면에 형성된 절연피막의 특성과 밀접한 관계가 있다.

무방향성 전기강판에 피복되는 절연피막으로는 크게 무기계 피막과 유기계 피막 그리고 유기/무기계 복합피막으로 구분되며, 최근 들어 무기피막을 먼저 코팅하고 유기피막을 코팅하는 방법에 대하여도 연구되고 있다.

무기계 피막의 경우 인산염 등과 같은 무기물을 주성분으로한 코팅액을 강판의 표면에 피복시킨 것으로 이러한 무기계 절연피막은 내열성, 용접성 그리고 적층성 등이 우수하여 SRA 처리후 EI 코아용으로 많이 사용되고 있다. 그러나 이러한 무기계 절연피막은 절연피막의 경도가 높기 때문에 타발시 유기물을 함유한 유기피막보다 금형 손상이 빨라서 타발 가공성이 떨어 진다는 문제가 있다.

한편 유기계 피막의 경우 유기물을 주성분으로 함유하고 있기 때문에 타발성이 매우 우수하다. 또한 이러한 유기계 피막은 막의 두계를 두껍게 하여도 밀착성이 우수하므로 층간 절연성이 높게 요구되는 대형철심 제작용 전기강판에 많이 코팅되고 있다. 그러나 이러한 유기계 피막은 용접시 수지가 분해하여 수지분해 가스를 발생시키므로 용접성이 떨어진다는 문제가 있다.

이상과 같이 무기계와 유기계 절연피막은 장점과 함께 상대적인 단점을 지니고 있다. 따라서 최근 들어 무기계 절연피막의 내열성과 절연성 등의 장점을 취하고 유기계 절연피막의 윤활성이 양호한 장점을 살린 무기/유기 복합 코팅재가 개발되어 사용되고 있다.

한편, 절연피막을 형성하기 위한 코팅액 자체의 특성으로는 피막을 균일하게형성시키기 위한 피막균일성과 코팅 후 표면조도, 광택 그리고 색상등이 있다.

앞에서 설명한 무기 유기 복합 코팅액의 경우 화학적특성과 가공성은 우수하지만, 코팅액 자체가 시간이 지나면 용액이 불안정해지기 때문에 코탱용액의 안정성이 떨어지고 코팅후 강판의 표면조도를 상승시킨다는 문제가 있다.

건조 후 강판 표면의 광택도와 피막의 균일성은 소지강판의 조도와 코탱액의 주성분인 수지의 종류에 따라 많은 영향을 받는다. 소지강판의 조도가 낮으면 같은 조성을 갖는 코팅액이라고 하더라도 높은 광택도를 나타내고, 내열성이 강한 수지를 함유한 코팅액일수록 광택도는 높게 나타난다. 피막의 균일성은 코팅액의 주성분인 수지의 평활성(spreading)과 밀접한 관계가 있기 때문에 평활성이 높은 수지를 함유한 코팅액을 사용할 경우 균일한 절연피막을 형성시킬 수 있다.

일반적으로 유기 무기 복합코팅액에 사용되는 수지는 상호 반응성이 없거나 반응하더라도 부분적으로 반응하는 두 가지 액체로 이루어진 분산계 에멀젼 수지를 사용한다.

무방향성 전기강판은 일반적으로 타발하고 척층한 후에 코아형태로 용접되어 사용된다. 따라서 강판의 타발성을 향상시키기 위하여 복합코팅액에 유기계 수지의 함유량을 증가시킬 필요가 있다.

그러나 유기계 수지의 함유량을 증가시키게 되면 용접시 수지가 열분해하여 가스를 발생시키게 되고 용접속도가 빠를 경우 용접비드내의 가스가 밖으로 빠져 나오지 못하기 때문에 용접성이 떨어지는 문제가 있다.

이러한 용접성 문제를 개성하기 위하여 강판의 표면조도나 강판 중에 함유된알루미늄 또는 산소의 함유량을 조절하는 것에 관한 연구가 이루어 지고 있으나 아직까지 유기 무기 복합 코팅제의 용접성을 향상시킨 코팅제에 대해서 알려진바 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유기 무기 복합코팅제가 피복된 무방향성 전기강판의 가공성과 화학적 특성을 유지하면서 이와 아울러 용접성을 향상시킨 무방향성 전기강판용 코팅액과 이러한 코팅액을 피복시킨 무방향성 전기강판을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 MgO; 6.00-11.59 wt%, CrO₃; 19.00-24.59 wt%, 에멀젼 유화수지; 11.00-15.74 wt%, 에틸렌 글리콜; 5-8 wt%, 소포제; 0.01-1.0 wt%, H₂O; 27.9-44.7 wt%으로 이루어진 용액에 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 그리고 지르코니아졸로부터 선택된 적어도 하나 이상의 무기졸을 5.2-22.0wt%를 첨가한 유기 무기 복합 코팅액이 표면에 피복된 무방향성 전기도금강판을 제공한다.

이하 본 발명에 유기 무기 복합 코팅액과 이러한 코팅액을 피복시킨 무방향성 전기강판에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명 유기 무기 복합 코팅액의 조성은 MgO; 6.00-11.59 wt%, CrO₃; 19.00-24.59 wt%, 에멀젼 유화수지; 11.00-15.74 wt%, 에틸렌 글리콜; 5-8 wt%, 소포제;0.01-1.0 wt%, H₂O; 27.9-44.7 wt%으로 이루어진 용액에 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 그리고 지르코니아졸로부터 선택된 적어도 하나 이상의 무기졸을 5.2-22.0wt%를 첨가하여 제조된다.

본 발명에서 MgO는 CrO₃와 반응하여 마그네슘 크로메이트를 형성하며, 그 첨가량이 6.00 wt%이하일 경우 용액 중에 미반을 CrO₃가 석출하게 되고, 11.59 wt%이상 첨가될 경우 용액 중에 미반응 MgO가 석출하여 코팅후에 전기강판의 광택성을 떨어뜨리게 된다. 따라서 MgO의 첨가량은 6.00-11.59 wt%가 바람직하다.

본 발명에서 CrO₃는 MgO와 반응하여 마그네슘 크로메이트를 형성하며, 그 첨가량이 19.00 wt% 이하일 경우 복합코팅층의 내식성을 떨어뜨리고, 24.59 wt% 이상 첨가할 경우 용액을 켈화시켜 코탱액의 안정성을 떨어뜨린다. 따라서 복합코팅액중에 CrO₃의 첨가량은 19.00-24.59 wt%가 바람직하다.

본 발명에서 에멀젼 유화수지는 용액중에 첨가량이 11.00 wt% 이하일 경우 코팅액의 pH를 증가시키고 용액의 비중이 떨어져 코팅액이 불안정해지고, 15.74 wt%이상 첨가할 경우 피막층의 광택을 떨어뜨린다. 따라서 에멀젼 유화수지의 첨가량은 11.00-15.74 wt%가 바람직하다.

본 발명에서 에틸렌 글리콜은 크롬산의 환원제로 사용된다. 코팅액중에 에틸렌 글리콜의 첨가량이 5 wt%이하일 경우 피복강판의 표면 색상을 어둡게 하고 피막층 중에 Cr+6가 잔류하게 되어 피막의 내식성을 떨어뜨린다. 한편 에틸렌 글리콜의첨가량이 8 wt% 이상일 경우 제조된 용액이 켈상태로 되어 용액의 안정성을 떨어뜨리게 되며, 용액중에 크롬을 환원시켜 코팅후 피막의 화학적 특을 떨어뜨리게 된다. 따라서 에틸렌 글리콜의 첨가량은 5-8 wt%가 바람직하다.

본 발명에서 H₂O는 27.9 wt%이하로 용액에 포함될 경우 시간이 경과함에 따라 용액을 켈화시키며 pH가 떨어지고 용액의 비중이 증가하게 되어 용액의 안정성을 떨어뜨리게 된다. 한편 H₂O가 44.7 wt%이상 용액에 포함될 경우 용액의 비중이 감소되어 피막 두께를 두껍게 유지할 수 없게 된다. 따라서 H₂O의 함유량은 27.9-44.7 wt%가 바람직하다.

본 발명에서 무기질 졸은 피막강판의 용접성을 향상시키기 위하여 첨가된다. 이러한 무기질 졸로는 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 그리고 지르코니아졸이 있다. 용액에 첨가되는 무기질 졸은 앞에서 열거한 무기질 졸을 1 종 또는 2종 이상 선택하여 첨가할 수 있다. 이때 용액에 첨가되는 무기질 졸의 첨가량은 5.2-22.0wt%가 바람직하다. 무기질 졸을 5.2 wt% 이하로 첨가할 경우 용접성 개선효과가 미미하고, 22.0wt% 이상 첨가될 경우 용액의 점도를 증가시켜 용액이 불안정해지며, 코팅액을 도포한 후 건조하게 되면 강판의 표면조도를 너무 많이 증가시켜 표면특성이 떨어지게 된다.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

본 실시예에서는 무방향 전기강판의 코팅에 사용된 코팅액을 먼저 제조 하고 이렇게 제조된 코팅액을 무방향성 전기강판의 표면에 코팅한 다음 코팅액이 도포된 강판을 소부건조하였다.

본 실시예에서 사용된 코팅액은, 먼저 MgO; 6.00-11.59 wt%, CrO₃; 19.00-24.59 wt%, 에멀젼 유화수지; 11.00-15.74 wt%, 에틸렌 글리콜; 5-8 wt%, 소포제; 0.01-1.0 wt%, H₂O; 27.9-44.7 wt%을 혼합하여 용액을 제조한 다음, 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 그리고 지르코니아졸로부터 선택된 적어도 하나 이상의 무기졸을 5.2-22.0wt%를 첨가하여 제조하였다.

제조한 코팅액 중에서 무기졸의 첨가량과 H₂O의 함유량을 변화시킨 조성을 표1에 나타내었다.

이상과 같이 제조된 코팅액을 일반적으로 알려진 조성을 갖는 무방향성 전기강판에 코팅하였다. 코팅방법은 강판에 코팅액을 도포하는 도포형으로 코팅하였으며 롤 코터(roll coater)를 이용하여 코팅액을 롤러 묻힌다음 강판에 전사시키는 방법을 사용하였다.

코팅액이 도포된 강판은 건조로에 장입하여 250-350℃범위에서 코팅액을 소부건조하였다.

이상과 같이 본 실시예 따른 코팅재가 코팅된 무방향성 전기강판을 절취하여 표면을 관찰한 다음 용접을 실시하여 강판의 표면특성과 용접특성을 평가하고 그 결과를 표1에 함께 나타내었다.

구 분	코팅액의 조성(wt%)	용접특성	표면외관
구 분	무기졸	용접특성	표면외관	MgO	CrO₃	Resin	E.G	H₂O	소포제
실시예 1	5.2	10.0	20.0	13.0	7.0	44.7	0.1	양호	양호
실시예 2	10.0	10.0	20.0	13.0	7.0	39.9	0.1	양호	양호
실시예 3	22.0	10.0	20.0	13.0	7.0	27.9	0.1	양호	양호
비교예 1	5.1	10.0	20.0	13.0	7.0	44.8	0.1	불량	양호
비교예 2	3.0	10.0	20.0	13.0	7.0	46.9	0.1	불량	양호
비교예 3	0.0	10.0	20.0	13.0	7.0	49.9	0.1	불량	양호
비교예 4	22.1	10.0	20.0	13.0	7.0	27.8	0.1	양호	불량
비교예 5	25.0	10.0	20.0	13.0	7.0	24.9	0.1	양호	불량
비교예 6	30.0	10.0	20.0	13.0	7.0	19.9	0.1	양호	불량

표 1에 나타나 있는 바와 같이, 코팅액에 첨가된 무기졸의 첨가량이 5.1 wt% 이하인 비교예 1, 2, 3의 경우 강판의 표면외관은 양호하였으나, 용접시 용접비드내에 기포가 발생하여 용접성이 떨어지는 것을 알 수 있다.

한편 코팅액에 첨가된 무기졸의 첨가량이 22.1 wt% 이상인 비교예 4, 5, 6의 경우 강판의 용접특성은 우수하였으나 강판의 표면외관은 현저히 불량하였다.

이러한 실험 결과로부터 본 실시예에서와 같이 무기졸의 첨가량을 5.2-22.1 wt%범위로 첨가할 경우 용접특성 뿐만 아니라 강판의 표면품질 또한 우수함을 나타내었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 무방향성 전기강판의 코팅에 사용되는 코팅액을 유기계 수지에 무기질 졸을 적당량 첨가함으로써 본 발명에 따른 유기 무기 복합피막이 형성된 무방향성 전기강판은 우수한 용접특성과 아울러 우수한 물리 화학적 특성을 나타내는 효과가 있다.

Claims

MgO; 6.00-11.59 wt%, CrO₃; 19.00-24.59 wt%, 에멀젼 유화수지; 11.00-15.74 wt%, 에틸렌 글리콜; 5-8 wt%, 소포제; 0.01-1.0 wt%, H₂O; 27.9-44.7 wt%으로 이루어진 용액에 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 그리고 지르코니아졸로부터 선택된 적어도 하나 이상의 무기졸을 5.2-22.0wt%를 첨가한 것을 특징으로하는 무방향성 전기강판의 코팅에 사용되는 유기 무기 복합 코팅액.
MgO; 6.00-11.59 wt%, CrO₃; 19.00-24.59 wt%, 에멀젼 유화수지; 11.00-15.74 wt%, 에틸렌 글리콜; 5-8 wt%, 소포제; 0.01-1.0 wt%, H₂O; 27.9-44.7 wt%으로 이루어진 용액에 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 그리고 지르코니아졸로부터 선택된 적어도 하나 이상의 무기졸을 5.2-22.0wt%를 첨가한 유기 무기 복합 코팅액이 표면에 피복된 무방향성 전기도금강판.