KR20060103779A - 발열 및 고온 부위의 스케일 제거를 위한 표면 처리 방법 - Google Patents

발열 및 고온 부위의 스케일 제거를 위한 표면 처리 방법 Download PDF

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KR20060103779A
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이영희
김선영
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 발열체 또는 고온부의 표면에 표면 에너지가 낮으면서 표면 조도가 높아서 초소수성 및 비점착성을 갖는 비점착성 코팅층을 형성시켜, 담수 및 침수 상태의 발열체 또는 고온부에 생성된 스케일의 부착 방해와 흡착된 스케일의 제거가 용이한 표면 처리 방법에 관한 것이다.

Description

발열 및 고온 부위의 스케일 제거를 위한 표면 처리 방법{SCALE REMOVAL COATING METHOD FOR HEATING AND HOT AREA}
도 1은 본 발명에 따라서 비점착성 코팅이 적용된 발열체의 구조(나)를 나타낸 것으로, (가)는 상기 구조의 단면도이다.
111: 절연체 112: 발열체
113: 히터 피복재 (금속 또는 세라믹) 114: 비점착성 코팅
도 2는 스케일의 부착 방해 및 흡착된 스케일의 제거 기작을 도식적으로 나타낸 것으로, 각각은 다음을 나타낸다:
(가): 스케일 생성 및 기포 흡착
(나): 스케일 성장 및 기포 면적 감소
(다): 스케일 성장 및 기포 면적 감소
(라): 스케일의 치밀화 및 기포의 소멸
(마): 열팽창 계수 차이에 의한 응력으로 기포를 시발점으로 한 균열 발생 및 비점착 코팅에 의한 스케일 분리
(바): 제거된 스케일 자리에 새로운 기포 흡착
(사): 새로운 스케일 층의 성장 및 기포 크기 감소
(아): 새로운 균열 발생 및 비점착 코팅에 의한 스케일 분리
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라서 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체 표면과 코팅막이 형성되지 않은 금속 발열체 표면의 수용액에서의 친기성 거동을 보여주는 것으로 (90 ℃, 10 분), (가)는 코팅한 금속 발열체 표면이고, (나)는 코팅하지 않은 금속 발열체 표면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따라서 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체 표면과 코팅막이 형성되지 않은 금속 발열체 표면에서의 기포 생성 거동을 보여주는 것으로 (100 ℃, 10 시간), (가)는 코팅한 금속 발열체 표면이고, (나)는 코팅하지 않은 금속 발열체 표면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따라서 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체 표면과 코팅막이 형성되지 않은 금속 발열체 표면에서의 스케일 제거 거동을 보여주는 것으로 (100 ℃, 100 시간), (가)는 코팅한 금속 발열체 표면이고, (나)는 코팅하지 않은 금속 발열체 표면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따라 비점착성 코팅한 금속 발열체 표면과 코팅막이 형성되지 않은 금속 발열체 표면 및 코팅막이 형성되지 않은 금속 발열체 표면에서 제거된 스케일을 보여주는 것으로 (100 ℃, 200 시간), (가)는 코팅한 금속 발열체 표면이고, (나)는 코팅하지 않은 금속 발열체 표면이다.
본 발명은 발열체 또는 고온부의 표면에 표면 에너지가 낮으면서 표면 조도 가 높아서 초소수성 및 비점착성을 갖는 비점착성 코팅층을 형성시켜, 담수 및 침수 상태의 발열체 또는 고온부에 생성된 스케일의 부착 방해와 흡착된 스케일의 제거가 용이한 표면 처리 방법에 관한 것이다.
인류가 사용하는 물에는 다량의 미네랄 성분이 양이온 무기질 상태로 녹아있다. 대표적인 미네랄은 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 양이온으로, 이들 성분의 함량에 따라 일반적으로 단물 (0~75 mg/ℓ), 약한 센물 (75~150 mg/ℓ), 센물 (150~300 mg/ℓ) 및 강한 센물 (300 mg/ℓ 이상)으로 구분된다. 센물의 경우, 비누의 세척력이 떨어지고, 발열부에 스케일 (CaCO3, MgCO3)이 생성되어 열전도효율이 나빠지며, 금속의 부식을 초래하여 각종 유해 금속 물질이 용출될 가능성이 있다. 그렇기 때문에, 센물 뿐 아니라 단물을 가열하여 장기적으로 사용하는 장치들에 이어서, 온도 상승에 의하여 스케일 생성 반응이 촉진되어, 발열 및 고온 부위에 칼슘 및 마그네슘이 스케일이　형성되어 성능을 저하시키는 원인이 되고 있다.
발열 및 고온 부위에 스케일의 문제점을 방지하는 방법으로서 크게 4 가지를 고려 할 수 있다. 첫 번째는, 이온 교환 수지 및 이온 필터를 이용하여 칼슘과 마그네슘 이온을 제거하여 스케일 생성의 근본 물질을 제거하는 방법이다. 그러나, 이 방법은 고가의 이온 교환 수지 및 이온 필터를 지속적으로 제공해야 한다는 문제점이 있다. 두 번째는, 온도를 낮추어 스케일 생성의 반응 속도를 늦추는 것이다. 그러나, 이 방법은 발열 및 고온부를 갖는 장치에는 응용할 수 없다는 단점이 있다. 세 번째는, 발열 및 고온부에 생성된 스케일을 주기적으로 제거하는 것이다. 그러나, 생성된 스케일을 분해하는 방법은 강산 또는 강염기성 용액을 투입하는 공정으로서, 환경오염, 기기부식 및 인체 유해성과 같은 또 다른 문제점을 발생시킬 가능성이 있어서 바람직하지 못하다. 마지막으로, 스케일 생성 반응은 진행되지만 생성된 스케일이 발열 및 고온부에 흡착하지 못하도록 하는 방법이 있다.
상기 마지막의 스케일 생성 반응은 진행되지만 발열 및 고온부에 흡착되는 것을 방지하는 것과 관련된 종래의 기술은 다시 3 가지로 구분된다. 첫 번째는, 발열 및 고온주 표면에 양(+) 내지 음(-)으로 대전된 물질을 코팅하여 미네랄 이온이 접근하지 못하도록 하는 방법이다. 그러나, 이러한 방법은 사용 환경에 따라서 전기적 특성이 변하면 효과가 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 두 번째는, 발열 및 고온부 표면에 미세한 진동을 주어 생성 초기 상태의 스케일의 흡착을 방해하는 방법이다. 그러나, 이러한 방법은 별도의 진동장치를 장착해야 한다는 번거로움이 있다. 세 번째는, 외부에서 자기장을 인가하여 발열 및 고온부 이외의 위치로 미네랄 이온을 유도하는 방법이다. 그러마, 이러한 방법은 고가의 자기 유도 장치를 장착해야 하다는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 성능이 우수하고 반영구적이며 저가의 스케일 생성방지 및 제거기술이 요구되는 실정이다.
상기한 바와 같이, 미네랄을 포함하는 물을 가열하여 장기적으로 사용하는 장치들은 온도 상승에 의한 스케일 생성 반응의 촉진으로 발열 및 고온 부위에 스케일이 형성되어 장치의 고유 성능이 현저히 저하되는 문제점이 발생하는데, 본 발 명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 물에 용해되어 있는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 반응에 의하여 스케일은 생성되지만 발열 및 고온부에 스케일에의 흡착을 현저하게 감소시킬 수 있는 새로운 코팅 기술을 제시하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 발열체 또는 고온부의 표면에 표면에너지가 낮으면서 표면 조도가 높아서 초소수성을 갖는 비점착성 코팅층을 형성시켜, 담수 및 침수 상태의 발열체 또는 고온부에 생성된 스케일의 부착 방해와 흡착된 스케일의 제거가 용이한 표면 처리 방법을 제공한다. 본 발명은 표면에너지가 낮으면서 표면 조도가 높아서 초소수성을 갖는 비점착성 코팅층으로부터 쉽게 제거되는 스케일의 탈착 기작을 규명하였다.
보다 상세하게, 본 발명은 발열체 또는 고온부 표면을 PTFE (상표명: 테프론), 무기물이 분산된 PTFE 또는 탄소 체인을 근간으로 하는 불소계 화합물을 포함하는 코팅 용액으로 코팅하고, 건조 및 열처리하는 단계를 포함하는 표면 처리 방법에 관한 것이다.
상기 불소계 화합물에 의한 코팅층의 형성은 세라믹 또는 금속 표면을 갖는 발열체 또는 고온부의 표면에 다음의 화학식 1로 정의되는 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 유기실란 화합물이 상기 유기실란 화합물 총 중량을 기준으로 0.1 배 내지 20 배의 유기 용매에 용해된 용액에 산성 또는 염기성 촉매와 물이 첨가되어 상기 유기 실란 화합물이 가수 분해 및 중축합 되어 얻어진 반응 생성물; 희석제로서 상기 반응 생성물 총중량의 0.1 배 내지 1000 배의 사용되는 유기 용매; 및 물 또는 유기 용매에 분산 가능한 1 나노미터 내지 100 나노미터 크기의 나노 무기 입자를 포함하여, 내열성, 내마모성 및 비점착성이 우수한 세라믹 코팅층의 형성이 가능한 코팅액을 적용하여 수행한다.
[화학식 1]
R1 4-xSi(OR2)x
(상기 식 중, x 는 0에서 4까지의 정수이고, R1은 C1 내지 C12의 알킬기(alkyl group), C3 내지 C10의 시클로알킬기, C6 내지 C15의 아릴기(aryl group), C1 내지 C12의 불포화 탄화수소 결합을 갖는 알킬기 또는 수소원자가 플루오원자로 치환된 알킬기이며, R2는 수소원자 또는 C1 내지 C4 의 알킬기를 나타냄.)
상기 코팅 조성물은 표면 에너지가 낮으면서 표면 조도가 높아서 비점착성인 코팅층을 형성하기 위하여, 1 나노미터 내지 100 나노미터 크기의 나노 무기 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유기실란 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라노멀이소프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라노멀부톡시실란 및 테트라이소부톡시실란을 포함하는 알콕시실란; 및 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노멀프로필트리메톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리 에톡시실란, 노멀프로필트리에톡시실란, 헥실트리에톡시실란,옥틸트리에톡시실란, 데실트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란 및 트리에틸에톡시실란을 포함하는 알킬알콕시실란을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기 실란 화합물은 상기 알콕시실란과 하나 이상의 알킬알콕시실란과의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 유기 실란 화합물을 용해시키기 위한 유기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세롤로을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 알코올; 초산 및 옥살산을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 카르복시산; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화 탄화수소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 포름아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드; 디메틸술폭사이드를 포함하는 술폭사이드; 아세토니트릴을 포함하는 니트릴; 2-메톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올을 포함하는 알콕시알코올; 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족 탄화수소; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함하는 탄소 원자수 6 내지 8의 불포화 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것이다.
상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반응이 염산, 질산, 황산 및 인산을 포함하는 무기산; 및 초산 및 옥살산을 포함하는 유기산으로 이루어진 군 중에서 선택된 산성 촉매 하에서 수행되고, 이로 인하여 얻어진 상기 반응 생성물은 pH가 0 내지 4 로 조절된 것일 수 있다. 또는, 상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반응이 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 암모니아, 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군 중에서 선택된 염기성 촉매 하에서 수행되며, 상기 반응 생성물의 pH가 10 내지 14로 조절된 것일 수도 있다.
상기 희석제로서 포함되는 유기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세롤을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 알코올; 초산 및 옥살산을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 카르복시산; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화 탄화수소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 포름아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드; 디메틸술폭사이드를 포함하는 술폭사이드; 아세토니트릴를 포함하는 니트릴; 2-메톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올을 포함하는 알콕시알코올; 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족 탄화수소; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함하는 탄소 원자수 6 내지 8의 불포화 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것이다.
상기 나노 무기 입자는 Al, Si, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Zr, Hf, Ta, Nb, Mo, W, La, Ce, Sn, As, Sb, Y, Pb, Bi, Gd, Ho, Ag, Au 및 C로 이루어진 군 중에서 선택된 금속, 또는 상기 군 중에서 선택된 금속 또는 비금속의 산화물, 수화된 산화물, 질화물 또는 탄화물이다. 또한, 상기 나노 무기 입자가 물 또는 유기 용매에 5 중량% 내지 70 중량%로 균일하게 분산된 분산액 형태로 포함되어 있을 수 있다. 상기 무기입자가 분산된 유기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세롤을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 알코올; 초산 및 옥살산을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 카르복시산; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화 탄화수소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 포름아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드; 디메틸술폭사이드를 포함하는 술폭사이드; 아세토니트릴을 포함하는 니트릴; 2-메톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올을 포함하는 알콕시알코올; 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족 탄화수소; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함하는 탄소 원자수 6 내지 8의 불포화 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것이다. 상기 나노 무기 입자의 함유량은 형성되는 코팅막의 총중량을 기준으로 0.01 % 내지 80 %인 것이 바람직하다.
상기와 같은 코팅 용액을 사용하는 코팅 방법에는 제한이 없으며, 모재의 모양과 크기에 따라 적절한 코팅 방법을 사용할 수 있으며, 예컨대, 딥 코팅법(dip coatig) 스핀 코팅법(spin coating), 흘림법(flow coating) 또는 스프레이법(spray coating) 등을 사용하여 금속 또는 세라믹 발열체 또는 고온부 표면에 코팅층을 형성할 수 있다. 코팅막 형성 후에는 통상적인 방법에 의해서 건조 및 열처리한다. 건조는 25℃ 내지 60℃ 에서 5 분 내지 1 시간 정도 수행하고, 열처리는 100 내지 500 ℃ 범위에서 10 분 내지 2 시간동안 수행하는 것이 바람직하다. 열처리 시간이 너무 짧은 경우에는 막강도가 저하될 수 있으며, 너무 긴 경우에는 비점착성 특성이 저하될 수 있으므로, 상기 범위에서 수행하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따라 코팅층이 형성된 금속 발열체의 구조 및 그 단면을 나타낸 것이다. 도 1과 같이, 고온의 담수 또는 침수 상태에서 사용되어 스케일이 발생되기 쉬운 발열체 또는 고온부의 표면을 상기와 같은 코팅 조성물로 처리하여 코팅하면, 스케일이 형성되어도 부착되지 않고 탈착이 용이한 표면을 형성할 수 있다. 이 때, 코팅 처리될 발열체 또는 고온부의 표면은 금속 또는 세라믹 재질일 수 있다. 상기 표면과 코팅층의 밀착성을 좋게 하기 위하여, 코팅이 적용될 발열체 또는 고온부 표면을 기계적으로 연마하거나 화학적으로 처리한 후 코팅을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 낮은 표면 에너지와 높은 조도에 의하여 초소수성을 갖는 코팅칭이 형성된 발열체 또는 고온부의, 담수 및 침수 상태에서의 생성된 스케일 부착 방해와 흡착된 스케일의 제거 기작을 보여주는 것이다. 소수성은 고체-액체, 액체-기체 및 기체-고체 간의 표면 에너지의 벡터 관계로 형성된다. 대기 분위기에서 고체-액체 간에 형성된 초소수성은, 도 2의 (가)와 같이, 담수 상태인 액체 분위기에서 고체-기체간 친기성으로 표현될 수 있다. 물에 포함되어 있는 각종 기체 및 스케일 생성 반응의 분산물인 이산화탄소 등은 발열체 및 고온부 표면에 기포를 형성한다. 도 2의 (나) 및 (다)에서 알 수 있는 바와 같이, 스케일 생성 반 응이 진행됨에 따라 스케일 층의 두께는 점차 두꺼워 지고 넓어지고, 기포의 면적은 점차 줄어들어, 결국 도 2의 (라)와 스케일 층의 성장과 치밀화로 인하여 기포는 소멸 단계에 이른다. 그러나, 스케일과 발열체 또는 고온부의 열팽창 계수의 차이로 인하여 기포 소멸 지점에 응력 집중이 유도되어, 도 2의 (마)와 같이 기포 소멸 지점에서 균열이 발생하고, 상기 발열체 또는 고온부 표면에 형성된 비점착성 코팅 표면의 영향으로 스케일이 발열체 또는 고온부로부터 덩어리로 분리되어 제거된다. 스케일의 분리와 제거로 코팅층이 드러난 부분은 다시 새로운 친기성의 영향으로 도 2의 (바)와 같이 새로운 기포가 흡착된다. 도 2의 (사)와 같이, 새로운 스케일이 생성, 성장 및 치밀화를 계속하며 기포는 점차 줄어든다. 도 2의 (마) 단계에서 제거되지 않았던 두꺼운 스케일 층은 열팽창 계수 차이에 의한 균열 발생 및 비점착성 표면의 영향으로 도 2의 (아)와 같이 제거된다. 본 발명에 따라 비점착성 코팅층이 적용된 발열체 또는 고온부는 상기 (가) 내지 (아)의 스케일의 생성, 성장, 치밀화 및 제거 과정을 반복하며, 성능에 고장을 주지 않는 범위인 일정량의 흡착 스케일 양을 유지하는 반영구적인 특성을 발현할 수 있게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하겠으나, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에서는 빠른 시간에 다량의 스케일을 제조하는 것이 가능하여 가속 실험이 가능한 수용액을 제조하 사용하였다.
[실시예]
실시예 1
테트라에톡시실란 10 g, 메틸트리메톡시실란 3.3 g, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 4.1 g 및 에탄올 100 g을 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 여기에 0.1 M 염산 수용액 10.3 g을 천천히 가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 2-에톡시에탄올 200 g으로 희석하여 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켜 코팅 용액을 제조하였다. 세척 및 건조된 금속 표면을 갖는 발열체를 상기의 제조된 코팅 용액에 담그고, 10 ㎝/분의 속도로 딥 코팅하였다. 상기와 같이 코팅된 발열체를 25 ℃에서 30분 간 건조한 후, 10 ℃/분의 속도로 승온하여 200 ℃에서 1 시간동안 열처리하여, 표면에 비점착성 코팅층이 형성된 금속 발열체를 얻었다.
상기와 같이 얻어진 비점착성 코팅층이 형성된 금속 발열체를 침수시켜 90 ℃까지 10분간 가열한 결과를 도 3의 (가)에 나타내었다. 도 3의 (나)는 비교를 위하여 표면에 코팅층이 형성되지 않은 금속 발열체에 대하여 동일한 시험을 수행한 결과를 보여주는 것이다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 코팅층이 형성된 금속 발열체 표면 (가)에는 기포가 발생하고, 코팅층이 형성되지 않은 금속 표면 (나)에는 기포가 발생하지 않았으며, 이는 대기 분위기에서 고체-액체 간에 형성된 초소수성 금속 표면은, 담수 상태인 액체 분위기에서 고체-기체간 친기성 금속 표면을 나타냄을 보여주는 것이다.
실시예 2
테트라에톡시실란 10 g, 메틸트리메톡시실란 3.3 g, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 4.1 g 및 에탄올 100 g을 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 여기에 0.1 M 염산 수용액 10.3 g을 천천히 가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 2-에톡시에탄올 200 g으로 희석하여 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켰다. 상기 반응 혼합물에 물에 분산된 15 내지 20 나노미터 크기의 산화세륨(CeO2)의 5 % 분산액 30 g을 혼합하여 30 분동안 교반하여 코팅 용액을 제조하였다. 세척 및 건조된 금속 발열체를 상기와 같이 제조된 코팅 용액에 담그고 10 ㎝/분의 속도로 딥 코팅하였다. 이와 같이 코팅된 발열체를 25℃에서 30분간 건조한 후, 10 ℃/분의 속도로 승온하여 200 ℃에서 1 시간동안 열처리하여, 표면에 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체를 얻었다.
상기의 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체를 스케일 생성 성분이 용해된 수용액에 침수시켜 100 ℃에서 10 시간동안 가열한 후의 표면 모습을 도 4의 (가)에 나타내었다. 비교를 위하여, 코팅막이 형성되지 않은 금속 발열체 표면에 대하여 동일한 시험을 수행한 결과를 도 4의 (나)에 나타내었다. 상기 스케일 생성 성분이 용해된 수용액은 CaCl2·H2O 및 2NaHCO3를 포함하는 것을 사용하였으며, 반응에 의하여 CaCO3 스케일을 생성하였다. 도 4의 (가)에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 비점착성 코팅층이 형성된 금속 발열체 표면에서 도 2의 (나) (다) 및 (라)와 같이 기포의 생성으로 생긴 기포의 흡착 면적을 제외한 부분에서 스케일이 성장하였다. 도 4의 (나)에서 알 수 있는 바와 같이, 비점착성 코팅층이 형성되지 않은 금속 발열체 표면에서는 부분적으로 생성된 스케일이 전형적인 핵생성-성장 기작으로 성장되어 금속 표면 전체에 흡착되어 있었다.
실시예 3
테트라에톡시실란 10 g, 메틸트리메톡시실란 3.3 g, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 4.1 g 및 에탄올 100 g을 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 여기에 0.1 M 염산 수용액 10.3 g을 천천히 가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 2-에톡시에탄올 200 g으로 희석하여, 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켰다. 여기에 에탄올에 분산된 15 내지 20나노미터 크기의 산화규소(SiO2)의 5% 분산액 30 g을 혼합하여 30 분동안 교반하여 코팅 용액을 제조하였다. 세척 및 건조된 금속 발열체를 상기와 같이 제조된 코팅 용액에 담그고, 10 ㎝/분의 속도로 딥 코팅하였다. 상기와 같이 코팅된 발열체를 25 ℃에서 30 분간 건조한 후, 10 ℃/분의 속도로 승온하여 200 ℃에서 1 시간동안 열처리하여, 표면에 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체를 얻었다.
상기와 같이 얻어진 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체를 스케일 생성 성분이 용해된 수용액에 침수시켜 100 ℃에서 100 시간동안 가열한 후의 표면 모습을 도 5의 (가)에 나타내었다. 비교를 위하여, 비점착성 코팅막이 형성되지 않은 금속 발열체에 대하여 동일한 시험을 수행하여 그 결과를 도 5의 (나)에 나타내었다. 상기 스케일을 생성 성분이 용해된 수용액은 CaCl2·H2O 및 2NaHCO3를 포함하는 것을 사용하였으며, 반응에 의하여 CaCO3 스케일을 생성하였다. 도 5의 (가)에서 알 수 있는 바와 같이, 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체 표면은 도 2의 (마) 및 (바)와 같이 기포 소멸 및 균열 발생에 의하여 스케일이 덩어리 형태로 제거된 표 면에 새로운 기포가 성장하였다. 도 5의 (나)에서 알 수 있는 바와 같이, 비점착성 코팅막이 형성되지 않은 금속 표면의 경우, 부분적으로 생성된 스케일이 전형적인 핵생성-성장 기작으로 더욱 두껍게 성장하여 금속 표면 전체에 흡착되어 있었다.
실시예 4
테트라에톡시실란 10 g, 메틸트리메톡시실란 3.3 g, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 4.1 g 및 에탄올 100 g을 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 여기에 0.1 M 염산 수용액 10.3 g을 천천히 가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 2-에톡시에탄올 200 g으로 희석하여 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켰다. 얻어진 반응 혼합물에 에탄올에 분산된 15 내지 20나노미터 크기의 산화알루미늄(Al2O3)의 5% 분산액 30 g을 혼합하여 30 분동안 교반하여 코팅 용액을 제조하였다. 세척 및 건조된 금속 발열체를 상기와 같이 제조된 코팅 용액에 담그고, 10 ㎝/분의 속도로 딥 코팅하였다. 상기와 같이 코팅된 발열체를 25 ℃에서 30 분동안 건조한 후, 10 ℃/분의 속도로 승온하여 200℃에서 1시간 열처리하여 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체를 얻었다.
상기 얻어진 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체를 스케일 생성 성분이 용해된 수용액에 침수시켜 100 ℃에서 200 시간 동안 가열한 후, 상기 금속 표면으로부터 제거된 스케일을 취합한 모습을 도 6의 (가)에 나타내었다. 비교를 위하여, 비점착성 코팅막이 적용되지 않은 금속 발열체의 표면에 대해서도 동일한 시험을 수행하여 그 결과를 도 6의 (나)에 나타내었다. 상기 스케일 생성 성분이 용해된 수용액은 CaCl2·H2O 및 2NaHCO3를 포함하는 것을 사용하였으며, 취합된 스케일은 이들의 반응에 의하여 생성된 CaCO3 스케일이었다. 도 6의 (가)로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 비점착성 코팅막이 형성된 금속 발열체 표면에서는 도 2에서 설명한 바와 같이 기포 소멸 및 균열 발생에 의하여 스케일이 덩어리 형태로 제거되었다. 반면, 도 6의 (나)에서 알 수 있는 바와 같이, 비점착성 코팅막이 형성되지 않은 금속 발열체의 표면에서는 을 하지 않은 경우에는 부분적으로 생성된 스케일이 전형적인 핵생성-성장 기구로 더욱 두껍게 성장하여 일부 제거 되지만 미세한 분말 형태로 제거됨을 알 수 있다.
본 발명은 가정용, 산업용, 수송용 및 군수용 등 산업 전반의 미네랄을 함유하는 수계 가열 장치와 설비에 적용이 가능하다. 고온의 센물에서 생성되는 스케일이 발열체 및 고온부의 열전도 효율을 장시간 유지하는 것이 가능하다. 또한, 금속을 부식을 억제하여 각종 유해 금속물질의 용출을 최소화 하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 성과는 발전설비, 석유화학공업, 제철공업 등 다양한 산업 및 사회기반 시설에 응용되어 에너지 손실을 최소화 하는 것이 가능하다. 장기적으로는 국부적인 영역의 가열이 필요한 마이크로 및 나노크기 기계장치, 고속으로 회전하여 열이 발생하는 장치의 냉각부위, 온도 변화에 성능이 민감하게 변화하는 의료 및 연구장치의 냉각부위, 온도 감지 기능을 수행하는 군수기기 등에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.

Claims (11)

  1. 세라믹 또는 금속 표면을 갖는 발열체 또는 고온부의 표면에 다음의 화학식 1로 정의되는 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 유기실란 화합물이 상기 유기실란 화합물 총 중량을 기준으로 0.1 배 내지 20 배의 유기 용매에 용해된 용액에 산성 또는 염기성 촉매와 물이 첨가되어 상기 유기 실란 화합물이 가수 분해 및 중축합 되어 얻어진 반응 생성물, 희석제로서 상기 반응 생성물 총중량의 0.1 배 내지 1000 배의 사용되는 유기 용매 및 물 또는 유기 용매에 분산 가능한 1 나노미터 내지 100 나노미터 크기의 나노 무기 입자를 포함하는 코팅 용액을 적용하여, 상기 발열체 또는 고온부 표면 에너지가 낮고 표면 조도가 높은 비점착성 및 초소수성 코팅막을 형성하고;
    [화학식 1]
    R1 4-xSi(OR2)x
    (상기 식 중, x 는 0에서 4까지의 정수이고, R1은 C1 내지 C12의 알킬기(alkyl group), C3 내지 C10의 시클로알킬기, C6 내지 C15의 아릴기(aryl group), C1 내지 C12의 불포화 탄화수소 결합을 갖는 알킬기 또는 수소원자가 플루오원자로 치환된 알킬기이며, R2는 수소원자 또는 C1 내지 C4 의 알킬기를 나타냄),
    상기 형성된 코팅막을 건조 및 열처리 하는 단계를 포함하는,
    스케일 부착 억제 및 부착된 스케일의 제거가 용이한 표면 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기실란 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라노멀이소프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라노멀부톡시실란 및 테트라이소부톡시실란을 포함하는 알콕시실란; 및 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노멀프로필트리메톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 노멀프로필트리에톡시실란, 헥실트리에톡시실란,옥틸트리에톡시실란, 데실트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란 및 트리에틸에톡시실란을 포함하는 알킬알콕시실란을 포함하는 것인 표면 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기 실란 화합물이 상기 알콕시실란과 하나 이상의 알킬알콕시실란과의 혼합물인 표면 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기 실란 화합물을 용해시키기 위한 유기 용매가 메 탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세롤로을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 알코올; 초산 및 옥살산을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 카르복시산; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화 탄화수소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 포름아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드; 디메틸술폭사이드를 포함하는 술폭사이드; 아세토니트릴을 포함하는 니트릴; 2-메톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올을 포함하는 알콕시알코올; 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족 탄화수소; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함하는 탄소 원자수 6 내지 8의 불포화 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 표면 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반응을 염산, 질산, 황산 및 인산을 포함하는 무기산; 및 초산 및 옥살산을 포함하는 유기산으로 이루어진 군 중에서 선택된 산성 촉매 하에서 수행하고, 이로 인하여 얻어진 상기 반응 생성물의 pH를 0 내지 4 로 조절하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반응을 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 암모니아, 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군 중에서 선택된 염기성 촉매 하에서 수행하고, 상기 반응 생성물의 pH를 10 내지 14로 조절하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방 법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 희석제로서 포함되는 유기 용매가 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세롤을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 알코올; 초산 및 옥살산을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 카르복시산; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화 탄화수소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 포름아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드; 디메틸술폭사이드를 포함하는 술폭사이드; 아세토니트릴를 포함하는 니트릴; 2-메톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올을 포함하는 알콕시알코올; 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족 탄화수소; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함하는 탄소 원자수 6 내지 8의 불포화 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 표면 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 나노 무기 입자가 Al, Si, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Zr, Hf, Ta, Nb, Mo, W, La, Ce, Sn, As, Sb, Y, Pb, Bi, Gd, Ho, Ag, Au 및 C로 이루어진 군 중에서 선택된 금속, 또는 상기 군 중에서 선택된 금속 또는 비금속의 산화물, 수화된 산화물, 질화물 또는 탄화물 중에서 선택된 것인 표면 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 코팅 용액에 상기 나노 무기 입자가 물 또는 유기 용매에 5 중량% 내지 70 중량%로 균일하게 분산된 분산액 형태로 포함되어 있고, 상기 유기 용매가 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세롤을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 알코올; 초산 및 옥살산을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 카르복시산; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화 탄화수소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 포름아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드; 디메틸술폭사이드를 포함하는 술폭사이드; 아세토니트릴을 포함하는 니트릴; 2-메톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올을 포함하는 알콕시알코올; 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족 탄화수소; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함하는 탄소 원자수 6 내지 8의 불포화 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 표면 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 나노 무기 입자의 함유량을 형성되는 코팅막의 총중량을 기준으로 0.01 % 내지 80 %로 하는 표면 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 건조를 25℃ 내지 60℃ 에서 5 분 내지 1 시간 정도 수행하고, 열처리를 100 내지 500 ℃ 범위에서 10 분 내지 2 시간동안 수행하는 표면 처리 방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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