KR20090111951A

KR20090111951A - 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의제조방법 및 그 재료 그리고 그 재료를 피복시킨 전선

Info

Publication number: KR20090111951A
Application number: KR1020080037576A
Authority: KR
Inventors: 한동희; 한세원; 강동필
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-10-28
Also published as: KR100977411B1

Abstract

본 발명은 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법 및 이에 의한 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료 그리고 그 재료를 피복시킨 전선에 관한 것으로, 입자크기가 3~200nm인 콜로이달실리카(colloidal silica)에 유기실란을 첨가하여 교반시켜 상기 콜로이달실리카 표면에 유기기가 형성된 콜로이달실리카실란졸을 제조시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서의 콜로이달실리카실란졸에 폴리아미드이미드(polyamideimide)와 상용성이 있는 유기용매를 첨가하여 상기 콜로이달실리카실란졸을 유기계로 치환시키는 제2단계와; 상기 제2단계에서의 콜로이달실리카실란졸을 폴리아미드이미드(polyamideimide)에 첨가하여 교반시켜 실리카와 폴리아미드이미드를 하이브리드화시키는 제3단계와; 상기 제3단계에서 하이브리드화된 졸용액에 아미노실란을 첨가하여 교반시키는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 재료를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 폴리아미드이미드(polyamideimide)에 콜로이달실리카실란졸을 균일하게 하이브리드화시켜 내아크성, 전기절연특성, 유전특성, 내열특성, 접착특성 및 기계적특성이 우수한 유무기하이브리드 재료를 공급할 수 있고, 이를 전선에 피복하여 고온환경에서 내아크성 및 전기절연특성이 유지되는 전선을 제공할 수 있는 이점이 있다.

폴리아미드이미드 실란 콜로이달실리카 유무기 하이브리드 전선

Description

전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법 및 그 재료 그리고 그 재료를 피복시킨 전선{Manufacturing Method of Polyamideimide/silica hybrid material for coating electrical wire and the material, electrical wire}

본 발명은 유무기하이브리드 재료의 제조방법 및 유무기하이브리드 재료 그리고 이를 피복한 전선에 관한 것으로, 특히 폴리아미드이미드(polyamideimide)를 콜로이달실리카실란졸에 균일하게 하이브리드화시켜 내아크성, 절연특성, 유전특성, 내열특성, 접착특성 및 기계적특성이 우수한 유무기하이브리드 재료를 공급하고, 이를 전선에 피복하기 위한 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료 그리고 그 재료를 피복시킨 전선에 관한 것이다.

최근 IT, ET, 전력 등의 다양한 산업분야에서 나노복합소재에 대한 관심이 증폭되고 있고, 전기, 전자 통신용 부품의 내열성의 한계가 점차 높아지고 있으며, 고온에서 전기적 유전특성과 접착특성이 우수한 코팅 유전재료의 개발이 필요한 실정이다.

그 중 유무기하이브리드(organic-inorganic hybrid) 재료는 기존 유기 고분자의 화학적, 기계적, 물리적 한계를 극복한 것으로서, 유기물과 무기물이 원자 또는 분자수준에서 하이브리드 합성된 것이다.

상기 유무기하이브리드 재료는 기본수지(matrix resin)로 다양한 고분자가 용도에 따라 사용되고 있지만, 내열성과 내마모성, 낮은 유전율 등에서 뛰어난 특성을 갖는 폴리아미드이미드(polyiamidemide)는 고성능을 요구하는 중요 유전 코팅재료로 선호되고 있다.

그러나 폴리아미드이미드는 폴리아미드이미드 필름 표면에 반응성 활성그룹이 적기 때문에 구리, 알루미늄과 같은 금속도체에 접착성이 낮은 단점이 있다.

특히, 종래의 전기, 전자 통신용 부품 그 중에서 전선은 일반적으로 구리선에 에나멜 코팅처리가 되어 있는데, 이는 내열성과 내마모성이 낮으며, 고온환경에서 내아크성 및 전기절연성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 접착성 및 기계적 내구성이 떨어져 코팅 피복이 벗겨지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 폴리아미드이미드(polyamideimide)에 콜로이달실리카실란졸에 균일하게 하이브리드화시켜 내아크성, 유전특성, 내열특성, 접착특성 및 기계적특성이 우수한 유무기하이브리드 재료를 공급하기 위한 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법 및 이에 의한 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료 그리고 그 재료를 피복시킨 전선을 그 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 입자크기가 3~200nm인 콜로이달실리카(colloidal silica)에 유기실란을 첨가하여 교반시켜 상기 콜로이달실리카 표면에 유기기가 형성된 콜로이달실리카실란졸을 제조시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서의 콜로이달실리카실란졸에 폴리아미드이미드(polyamideimide)와 상용성이 있는 유기용매를 첨가하여 상기 콜로이달실리카실란졸을 유기계로 치환시키는 제2단계와; 상기 제2단계에서의 콜로이달실리카실란졸을 폴리아미드이미드(polyamideimide)에 첨가하여 교반시켜 실리카와 폴리아미드이미드를 하이브리드화시키는 제3단계와; 상기 제3단계에서 하이브리드화된 졸용액에 아미노실란을 첨가하여 교반시키는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 재료를 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 제1단계의 유기실란은,메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 비닐트리메폭시실란, 비닐트리에폭시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메폭시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란 중의 어느 하나 또는 이들이 혼합된 실란인 것이 바람직하다.

또한, 길이 방향으로 길게 형성되어 단일 또는 복수개가 꼬여서 형성되고, 도전성 재질로 형성된 금속도체와; 상기 금속도체의 표면에 콜로이달실리카(colloidal silica)에 유기실란을 첨가한 콜로이달실리카실란졸에 폴리아미드이미드 및 아미노실란을 첨가하여 유무기하이브리드화한 졸용액을 단일 또는 복수층으로 코팅시켜 형성된 절연층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료가 피복된 전선을 또 다른 기술적 요지로 한다.

상기 해결 수단에 의해 본 발명은 폴리아미드이미드(polyamideimide)에 콜로이달실리카실란졸을 균일하게 하이브리드화시켜 내아크성, 전기절연특성, 유전특성, 내열특성, 접착특성 및 기계적특성이 우수한 유무기하이브리드 재료를 공급할 수 있고, 이를 전선에 피복하여 고온환경에서 내아크성 및 전기절연특성이 유지되는 전선을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 고분자 수지인 폴리아미드이미드에 나노 크기의 실란 표면처리된 콜로이달 실리카가 하이브리드되어 있는 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 재료 그리고, 상기 재료를 코팅시 킨 전선에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법은, 크게 유기실란을 첨가하여 표면에 유기기가 형성된 콜로이달실리카실란졸을 제조하는 제1단계와, 상기 콜로이달실리카실란졸에 유기용매를 첨가하여 유기계로 치환시키는 제2단계와, 여기에 폴리아미드이미드를 첨가하여 실리카와 균일하게 하이브리드화시키는 제3단계와, 그리고 안정성을 개선하기 위해 여기에 아미노실란을 첨가하여 교반시키는 제4단계로 이루어진다.

먼저, 상기 제1단계는 나노 크기의 수분산 콜로이달실리카에 유기실란을 첨가하여 적정 시간 상온에서 교반시키고, 상기 콜로이달실리카 표면에 가수분해반응을 통한 유기기를 형성시키기 위해 유기실란을 첨가하여 수분산 콜로이달실리카실란졸을 형성시키는 것이다.

여기에서 상기 콜로이달실리카는 사용목적에 따라 적절한 량의 고형분이 포함된 것을 선택하여 사용하고, 입자크기가 3~200nm 정도의 나노실리카가 포함된 것을 사용한다.

이러한 표면에 유기기가 형성된 콜로이달실리카실란졸은 후술할 고분자수지인 폴리아미드이미드(polyeamideimide)에 첨가시 콜로이달실리카실란졸 내부에서 균일한 분산과 반응도를 높이기 위한 것이다.

그리고, 상기 제2단계는 수지 즉, 폴리아미드이미드와 상용성이 있는 유기용매를 첨가하여 감압 증류를 통해, 상기 콜로이달실리카실란졸을 수계에서 유기계로 치환하여 유기계 콜로이달실리카실란졸을 제조한다.

그 다음, 상기 제3단계로, 상기 유기용매가 첨가된 콜로이달실리카실란졸을 고분자 수지인 폴리아미드이미드와 하이브리드화시키고, 제4단계로서 일정 양의 아미노실란을 첨가하여 투명성이 뛰어나고 화학적 분산 안정성이 우수한 졸상의 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료를 제조하게 된다.

상기 하이브리드 재료를, 길이 방향으로 길게 형성되어 단일 또는 복수개가 꼬여서 형성되고 도전성 금속재질로 형성된 금속도체 즉, 구리선 등에 코팅하여 고온에서 경화시켜 상기 하이브리드 재료로 이루어진 절연층을 형성시킴으로써, 내열성과 유전특성이 우수하며, 고온환경에서 내아크성 및 전기절연성이 유지되는 전선을 얻을 수 있게 된다. 또한, 필요에 의해 종래의 에나멜 동선의 외피로 상기 하이브리드 재료를 절연층으로서 한 번 더 입힐 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

<실시예 1>

제1단계로서, 메틸트리메톡시실란 30㎖와 에탄올 30㎖를 상온에서 5분간 교반하고, 이를 수분산 콜로이달실리카(colloidal silica) 300㎖에 첨가하여 6시간 동안 교반을 통해 콜로이달실리카 표면을 실란으로 개질시켜, 콜로이달실리카 표면에 유기기가 형성된 콜로이달실리카실란졸을 제조하였다.

<실시예 2>

제2단계로서, 상기 실시예 1에서 수득한 표면개질된 수분산 콜로이달실리카 실란졸을 유기용매인 n-메틸피로리돈(NMP) 315㎖를 첨가하여 5분간 교반하고, 이를 감압증류를 통해 수계에서 유기계로 용매를 치환시킨다. 이에 의해 콜로이달실리카실란졸의 분산 안정성과 폴리아미드이미드와의 상용성이 극대화된 유기용제형 콜로이달실리카실란졸을 얻을 수 있었다.

여기에서 상기 콜로이달실리카실란졸의 고형분은 30wt%였으며, 도 1은 이와 같은 방법으로 제조된 콜로이달실리카의 TEM 이미지로써, 분산이 아주 잘 되었음을 보여주고 있다.

<실시예 3>

제3단계로서, 상기 실시예 2에서 수득한 n-메틸피로리돈을 용매로 한 콜로이달실리카실란졸과 고형분 30wt% 폴리아미드이미드를 1:1의 비율로 섞어 교반하여 실리카와 폴리아미드이미드가 하이브리드화된 졸용액을 얻을 수 있었다. 여기에서는 무기물(콜로이달실리카)의 첨가로 인하여 상이 불안정하고 불투명한 폴리아미드이미드 실리카 하이드브리드 졸용액을 얻을 수 있었다.

<실시예 4>

제4단계로서, 상기 실시예 3에서 수득한 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 용액 100㎖에 아미노실란으로 3-아미노프로필트리에톡시실란(이하 APTES라 함)을 0.1~4g 첨가하여 교반하였다. 이를 통하여 안정성이 개선된 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 졸용액을 얻을 수 있었으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<표 1>

	PAI : 실리카 = 1 : 1
APTES 함량(g)	0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0
용액상태	불량	불량	양호	양호	양호	양호	불량	불량	불량

<실시예 5>

상기 실시예 4에서 수득한 안정한 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 졸용액의 특성평가를 위하여, 동선, 에나멜이 피복된 동선 또는 동판의 표면에 상기 하이브리드 용액을 소정 두께로 코팅하여 경화를 시켰다. 경화조건을 90℃에서 1시간, 150℃에서 15분, 220℃에서 5분의 3단계를 거쳤다. 다음 표 2는 그에 따른 특성평가 결과를 나타내었다.

<표 2>

특성평가항목	특성치
전기저항율(체적)	2.0×10¹⁶ Ω㎝
내아크성	240 s
절연파괴전압	13 ㎸
유전상수	3.1
접착인장강도	113 MPa
유리전이온도	301 ℃

표 2에 나타난 바와 같이 내아크성, 전기절연성, 유전특성 및 내열성이 우수하고, 접착특성이 우수할 뿐만 아니라 기계적 내구성이 향상된 코팅 피복이 형성된 전선을 얻을 수 있었다.

도 1 - 본 발명에 따른 유기용매가 첨가된 콜로이달실리카실란졸에 대한 TEM이미지를 나타낸 도.

Claims

입자크기가 3~200nm인 콜로이달실리카(colloidal silica)에 유기실란을 첨가하여 교반시켜 상기 콜로이달실리카 표면에 유기기가 형성된 콜로이달실리카실란졸을 제조시키는 제1단계와;

상기 제1단계에서의 콜로이달실리카실란졸에 폴리아미드이미드(polyamideimide)와 상용성이 있는 유기용매를 첨가하여 상기 콜로이달실리카실란졸을 유기계로 치환시키는 제2단계와;

상기 제2단계에서의 콜로이달실리카실란졸을 폴리아미드이미드(polyamideimide)에 첨가하여 교반시켜 실리카와 폴리아미드이미드를 하이브리드화시키는 제3단계와;

상기 제3단계에서 하이브리드화된 졸용액에 아미노실란을 첨가하여 교반시키는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계의 유기실란은,

메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 비닐트리메폭시실란, 비닐트리에폭시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메폭시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란 중의 하나나 이들이 혼합된 실란인 것을 특징으로 하는 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 졸용액의 제조 방법. 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항의 제조방법에 의해 제조된 전선 피복용 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료.
길이 방향으로 길게 형성되어 단일 또는 복수개가 꼬여서 형성되고, 도전성 재질로 형성된 금속도체와;

상기 금속도체의 표면에 콜로이달실리카(colloidal silica)에 유기실란을 첨가한 콜로이달실리카실란졸에 폴리아미드이미드 및 아미노실란을 첨가하여 유무기하이브리드화한 졸용액을 단일 또는 복수층으로 코팅시켜 형성된 절연층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리아미드이미드 실리카 하이브리드 재료가 피복된 전선.