KR20100081634A - 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물 및 그의 제조 방법 - Google Patents

무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 조성물의 점도 안정성이 우수하여 취급 및 보관이 용이하고, 내식성과 절연성이 우수한 1액형의 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 서로 다른 유리전이온도를 갖는 스티렌-아크릴 에멀젼 수지와 순수 아크릴 에멀젼 수지를 함유한 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물 및 그의 제조 방법을 제공한다. 이때 스티렌-아크릴 에멀젼 수지가 순수 아크릴 에멀젼 수지에 비해서 유리전이온도가 높다. 스티렌-아크릴 에멀젼 수지 100 중량부에 대해서 순수 아크릴 에멀젼 수지를 20~50 중량부를 함유한다. 그리고 본 발명에 따른 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물은, 스티렌-아크릴 에멀젼 수지 100 중량부에 대해서 무수크롬산(CrO3) 20~50 중량부, 산화마그네슘(MgO) 5~20 중량부, 이온수 50~200 중량부, 에티렌글리콜(Ethylene glycol) 5~30 중량부, 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란(Gamma- glycidoxypropyltrimethoxysilane) 0.01~1 중량부, 폴리에테르 실록산 공중합체 0.01~1 중량부를 더 함유한다.
무방향성, 절연코팅, 유리전이온도, 스티렌-아크릴 에멀젼 수지, 순수 아크 릴에멀젼 수지

Description

무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물 및 그의 제조 방법{Insulative coatiing composition for non-oriented electric steel sheet and manufacturing method thereof}
본 발명은 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 유리전이온도를 갖는 두 종류의 에멀젼 수지를 함유하여 점도 안정성이 우수하여 취급 및 보관이 용이하고, 내식성과 절연성이 우수한 1액형의 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
전기강판이란 1~4%의 규소를 함유한 강철을 얇은 판 모양으로 압연한 것을 지칭하며, 크게 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판으로 분류할 수 있다. 방향성 전기강판은 압연된 방향으로 자기적 특성을 보이는 결정구조가 배열되어 자기적 특성이 우수한 강판으로, 주상 및 배전용 변압기 의 심재로 사용된다. 무방향성 전기강판은 압연된 판상에서 모든 방향으로 자기적 특성이 균등한 강판으로, 모터나 발전기의 철심, 소형 변압기의 심재로 사용된다.
그 중 무방향성 전기강판은 최근 전자제품의 소형화 및 고효율화 추세에 따 라 저철손화, 고자속밀도화, 박막화를 요구받고 있다. 이로 인해 무방향성 전기강판용 절연코팅제로는 고절연성이 필수적인 요소로 요구된다. 자기적 특성을 향상시키기 위해 규소의 함량이 높은 고급 무방향성 전기강판은 규소 함량이 증가하는 만큼 경도가 증가하게 되므로 타발가공시 금형에 많은 응력을 작용하기 때문에, 타발가공성을 개선하기 위한 절연막의 후막화 및 가공성 향상 등이 요구되는 추세이다.
이와 같은 무방향성 전기강판의 절연막을 형성하기 위한 절연코팅제는 크게 무기, 유기, 유-무기 복합 형태로 구분할 수 있다. 그런데 무기계 절연코팅제로 절연막을 형성한 무방향성 전기강판은 가공성의 문제로 타발가공시 금형에 많은 응력을 작용하여 금형의 손상이 빨리 발생하는 단점이 있다. 유기계 절연코팅제로 절연막을 형성한 무방향성 전기강판은 용접시 가스 발생 및 응력제거소둔(Stress-Relief Annealing; SRA)시 도막의 열화로 인한 절연성 및 접착력 저하 등의 단점이 있다. 유-무기계 절연코팅제는 유기계 절연코팅제와 무기계 절연코팅제의 단점을 보완하고 장점을 살린 절연코팅제로서, 최근에는 무방향성 전기강판용 절연코팅제로는 유-무기계 절연코팅제가 주로 사용된다. 이와 같은 유-무기계 절연코팅제 조성물(이하 '절연코팅제'는 '유-무기계 절연코팅제'를 의미한다.)은 무기계 성분으로 인산염과 크롬산염과, 유기계 성분으로 아크릴-스티렌 등의 에멀젼 수지와, 실리카졸(콜로이달실리카)과 환원제 등이 적정 비율로 혼합된 형태를 갖는다.
이와 같은 종래의 절연코팅제는 2액형 구조로서 도장작업 직전에 혼합 후 도장설비에 투입해야 하기 때문에, 취급의 용이성이 떨어진다.
그리고 종래의 절연코팅제는 장시간 작업시 점도 상승 및 겔화로 인해 작업 성이 떨어지고 도장설비를 오염시키고, 도막의 균일성 저하로 생산성을 저하시키고 최종 제품인 절연막의 품질균일도를 떨어뜨리는 문제점을 안고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상온에서 장시간 사용하더라도 안정적인 점도를 유지하여 취급 및 보관이 용이하고, 도막의 평활성, 소재 밀착성, 내식성 및 절연성이 우수한 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 스티렌-아크릴 에멀젼 수지와 순수 아크릴 에멀젼 수지를 함유하며, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼 수지가 상기 순수 아크릴 에멀젼 수지에 비해서 유리전이온도가 높은 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물에 있어서, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼 수지 100 중량부에 대해서 상기 순수 아크릴 에멀젼 수지를 20~50 중량부를 함유한다.
본 발명에 따른 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물은, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼 수지 100 중량부에 대해서 무수크롬산(CrO3) 20~50 중량부, 산화마그네슘(MgO) 5~20 중량부, 이온수 50~200 중량부, 에티렌글리콜(Ethylene glycol) 5~30 중량부, 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란(Gamma- glycidoxypropyltrimethoxysilane) 0.01~1 중량부, 폴리에테르 실록산 공중합체 0.01~1 중량부를 더 함유한다.
본 발명은 또한, 이온수에 산화마그네슘을 혼합한 후 교반하면서 무수크롬산을 투입하여 중크롬산마그네슘 수용액을 합성하는 단계와, 스티렌-아크릴 및 순수 아크릴 에멀젼 수지, 에티렌글리콜, 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란, 이온수, 폴리에테르 실록산 공중합체를 혼합한 후 상기 중크롬산마그네슘 용액과 혼합하는 혼합 단계를 포함하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물은 1액형 조성물로서, 조성에서 콜로이달 실리카를 제외하고, 서로 다른 유리전이온도를 갖는 두 종류의 에멀젼 수지를 함유함으로써, 도 1에 도시된 바와 같이, 상온에서 한 달 이상 안정적인 점도를 유지하기 때문에 취급 및 보관이 용이하다.
아울러 본 발명에 따른 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물은 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란과 폴리에테르 실록산공중합체를 함유함으로써, 도막의 평활성, 내식성 및 절연성을 유지하면서 조성물의 저장안정성을 확보할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물(이하, '절 연코팅제 조성물'이라 함)은 스티렌-아크릴 에멀젼 수지와 순수 아크릴 에멀젼 수지를 함유하는 1액형 조성물이다. 이때 스티렌-아크릴 에멀젼 수지가 순수 아크릴 에멀젼 수지에 비해서 유리전이온도가 높다.
스티렌-아크릴 에멀젼 수지는 라디칼 중합반응 개시제, 비이온 유화제, 음이온 유화제, 스티렌 단량체, 메틸메타아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 2-히드록실에틸아크릴레이트, 메타크릴산를 함유한다.
순수 아크릴 에멀젼 수지는 라디칼 중합반응 개시제, 비이온 유화제, 음이온 유화제, 메틸메타아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헬실아크릴레이트, 아크릴로니트릴 및 메타크릴산를 함유한다.
본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물은 무수크롬산(CrO3), 산화마그네슘(MgO), 이온수, 에티렌글리콜(Ethylene glycol), 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란(Gamma- glycidoxypropyltrimethoxysilane) 및 폴리에테르 실록산 공중합체를 더 함유한다.
본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물은 환원제로서 에틸렌글리콜을 사용하면서 유기계인 에멀젼 수지의 조성과 무기계인 중크롬산 용액의 pH를 적절히 조절하였다. 또한 소재 밀착성 및 절연성, 내식성 부여를 목적으로 사용된 콜로이달 실리카는 전기적 안정성이 취약하여 pH 변화에 민감하므로 혼합용액의 점도변화 및 겔화의 주요인으로 판단되어 배제하였다. 한편 콜로이달 실리카의 배제로 발생되는 내열성, 절연성 등의 저하를 보상하기 위해, 내열성이 우수한 수지와 소재 밀착성 이 우수한 수지로 수지의 종류를 이원화하고, 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란과 폴리에테르 실록산공중합체를 도입하였다.
이로 인해 본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물은 양호한 소재 밀착성, 절연성, 내식성을 유지하면서 조성물의 저장안정성을 확보할 수 있다. 또한 본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물은 용액의 점도가 매우 안정적이므로 제조후 1개월 이내에 사용시 1액형화가 가능하다.
전술된 두 종류의 에멀젼 수지는 각각의 고형분이 45중량%이면서 서로 다른 유리전이온도(Tg)를 갖는 두 종류의 유기 바인더로서, 내열성이 우수한 최소 30℃ 이상의 높은 유리전이온도를 갖는 스티렌-아크릴 에멀젼 수지와, 소재 밀착성이 우수한 최대 10℃ 이하의 낮은 유리전이온도를 갖는 순수 아크릴 에멀젼 수지로 구성된다.
본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물은 스티렌-아크릴 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여 순수 아크릴 에멀젼 수지 20~50 중량부, 무수크롬산 20~50 중량부, 산화마그네슘 5~20중량부, 이온수 50~200 중량부, 에티렌글리콜 5~30 중량부, 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란 0.01~1 중량부, 폴리에테르 실록산 공중합체 0.01~1 중량부를 포함한다. 즉 절연코팅제 조성물은 절연코팅제 조성물의 총중량에 대하여 스티렌-아크릴 에멀젼 수지 20~40 중량%, 순수 아크릴 에멀젼 수지 5~20 중량%, 무수크롬산 10~20 중량%, 산화마그네슘 1~10 중량%, 이온수 10~50 중량%, 에티렌글리콜 2~10 중량%, 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란 0.1~2 중량%, 폴 리에테르 실록산 공중합체 0.1~2 중량%를 포함한다.
스티렌-아크릴 에멀젼 수지는 라디칼 중합반응 개시제 0.1~2.0 중량부, 비이온 유화제 0.1~1.0 중량부, 음이온 유화제 0.1~1.0 중량부, 스티렌 단량체 10~60 중량부, 메틸메타아크릴레이트 1~20 중량부, 에틸아크릴레이트 10~50 중량부, 2-히드록실에틸아크릴레이트 1~20 중량부, 메타크릴산 1~10 중량부를 포함한다.
이때 스티렌-아크릴 에멀젼 수지에 사용되는 스티렌 단량체는 유리전이 온도(100℃)가 높은 딱딱한 단량체로 도막경도를 향상시키고 광택을 부여하며 상대적으로 단가가 저렴하므로 코팅제 단가를 낮추는 역할을 한다. 따라서 스티렌-아크릴 에멀젼 수지에서 스티렌 단량체의 함량은 10~60 중량부가 바람직하다. 즉 스티렌 단량체의 함량이 10 중량부 미만이면 도막경도가 저하되고 수지의 단가가 상승하고, 스티렌 단량체의 함량이 60 중량부 이상이면 단가는 낮아지는 반면 도막의 내후성이 저하되어 황변 현상이 발생될 수 있기 때문이다.
스티렌-아크릴 에멀젼 수지에 사용되는 수산기(-OH)를 갖는 아크릴계 단량체(2-히드록실에틸아크릴레이트)의 함량은 1~20 중량부가 바람직하다. 이유는 아크릴계 단량체의 함량이 20 중량부 이상이면, 소지면 접착성과 내용제성은 양호하지만 수지의 점도가 심하게 상승하고, 내수성, 내화학성이 저하되어 코팅제 제조시 내식성 불량을 초래할 수 있고, 1 중량부 미만으로 사용할 경우 소지면에 대한 접착성이 불량해지기 때문이다.
이와 같은 스티렌-아크릴 에멀젼 수지는 스티렌 단량체 혼합물을 80~85℃의 온도로 유지하고, 비이온 또는 음이온 유화제를 포함한 이온교환수 반응부에 2~4시 간 적하조를 통하여 균일하게 적하하고 2~3시간 더 숙성 중합하고 냉각한 후, 암모니아수로 중화시켜 합성한다. 이때 스티렌-아크릴 에멀젼 수지는 유리전이온도 30~50℃, 점도 30~100 KU, pH 4~7 범위를 가지며, 불휘발분(고형분) 45%인 수지 조성물이다.
본 실시예에 따른 스티렌-아크릴 에멀젼 수지의 합성 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저 이온교환수로 채워진 반응부에 비이온 유화제 0.1~1.0 중량부와 음이온 유화제 0.1~1.0 중량부를 첨가하여 반응부의 온도를 80~85℃로 승온한 후 라디칼 중합반응 개시제 0.1~2.0 중량부를 반응부에 첨가한다. 이어서 반응부에 스티렌 단량체 10~60 중량부, 메틸메타아크릴레이트 1~20 중량부, 에틸아크릴레이트 10~50 중량부, 2-히드록실에틸아크릴레이트 1~20 중량부 및 메타크릴산 1~10 중량부를 첨가한 후, 반응부의 혼합물을 2~4시간 적하조를 사용하여 균일 적하한 후 80~85℃에서 2~3시간 숙성 중합한다. 그리고 반응부를 50℃ 이하로 냉각한 후 암모니아수로 중화하여 합성함으로써 스티렌-아크릴 에멀젼 수지를 얻을 수 있다.
순수 아크릴 에멀젼 수지는 라디칼 중합반응 개시제 0.1~2.0 중량부, 비이온 유화제 0.1~1.0 중량부, 음이온 유화제 0.1~1.0 중량부, 메틸메타아크릴레이트 10~40 중량부, 노말부틸아크릴레이트 10~40 중량부, 2-에틸헬실아크릴레이트 1~20 중량부, 아크릴로니트릴 1~20 중량부, 메타크릴산 1~10 중량부를 포함한다.
순수 아크릴 에멀젼 수지에 사용되는 아크릴로니트릴의 함량은 1~20 중량부가 바람직하다. 이유는 아크릴로니트릴의 함량이 20 중량부 이상이면 도막경도는 향상되나 수지합성 중 반응성이 저하되어 수지의 최종 불휘발분을 낮게 만들고, 함량이 1 중량부 이하이면 도막이 끈적이게 되어 작업성이 불량해지기 때문이다.
이와 같은 순수 아크릴 에멀젼 수지는 아크릴 단량체 혼합물을 80~85℃의 온도로 유지하고, 비이온 또는 음이온 유화제를 포함한 이온교환수 반응부에 투입하고 2~4시간 적하조를 통하여 균일하게 적하하고, 2~3시간 더 숙성 중합하고 냉각 후 암모니아수로 중화시켜 합성한다. 이때 순수 아크릴 에멀젼 수지는 유리전이온도 -10~10℃, 점도 30~100 KU, pH 4~7 범위를 가지며, 불휘발분(고형분) 45%인 수지 조성물이다.
본 실시예에 따른 순수 아크릴 에멀젼 수지의 합성 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저 이온교환수로 채워진 반응부에 비이온 유화제 0.1~1.0 중량부와 음이온 유화제 0.1~1.0 중량부를 첨가하여 반응부의 온도를 80~85℃로 승온한 후 라디칼 중합반응 개시제 0.1~2.0 중량부를 반응부에 첨가한다. 이어서 반응부에 메틸메타아크릴레이트 10~40 중량부, 노말부틸아크릴레이트 10~40 중량부, 2-에틸헬실아크릴레이트 1~20 중량부, 아크릴로니트릴 1~20 중량부 및 메타크릴산 1~10 중량부를 첨가한 후, 반응부의 혼합물을 2~4시간 적하조를 사용하여 균일 적하한 후 80~85℃에서 2~3시간 숙성 중합한다. 그리고 반응부를 50℃ 이하로 냉각한 후 암모니아수로 중화하여 합성함으로써 순수 아크릴 에멀젼 수지를 얻을 수 있다.
한편 스티렌-아크릴 에멀젼 수지 및 순수 아크릴 에멀젼 수지에 사용되는 지방족기를 갖는 아크릴계 또는 메타크릴계 단량체(메틸메타아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헬실아크릴레이트 등)는 유연한 단량체와 딱딱한 단량체를 적절히 조절하여 유리전이온도(Tg)를 제어하게 되며 이들의 기능은 도막의 경도를 조정하고 광택 및 평활성을 부여하며 내스크래치성에 기여한다.
또한 산기를 갖는 메타크릴계 단량체(메타크릴산)의 함량은 1~10중량부가 바람직하다. 이유는 메타크릴계 단량체의 함량이 10중량부 이상 사용하게 되면 반응안정성, 도막경도 및 접착성은 양호하나 점도 상승 및 내수성이 불량해지고, 1 중량부 미만으로 사용할 경우 반응안정성, 저장안정성 및 접착성이 불량해지기 때문이다.
라디칼 중합반응 개시제로는 중합의 개시와 함께 아크릴 에멀젼 수지의 분자량을 조절하기 위해 포타슘퍼설페이트, 암모니움퍼설페이트, 소디움퍼설페이트 등이 사용된다. 본 실시예에서는 라디칼 중합반응 개시제로서 암모니움퍼설페이트를 0.1 ~ 2.0 중량부 범위에서 사용하였다.
무수크롬산의 함량을 20~50 중량부로 사용한 이유는 다음과 같다. 무수크롬산을 일정량 이온수에 넣고 교반하면서 산화마그네슘을 서서히 투입하며 중크롬산마그네슘 수용액을 제조할 때, 무수크롬산을 50 중량부를 초과하여 사용하는 경우 용액의 pH가 1이하의 강한 산성을 나타내면서 유기계인 수지와 격렬이 반응하여 혼합액의 안정성을 저해하여 겔이 발생할 수 있고, 20 중량부 미만을 사용시에는 물에 대한 용해도가 낮은 잉여 산화마그네슘이 석출될 수 있기 때문이다.
산화마그네슘의 함량을 5~20 중량부로 사용한 이유는 다음과 같다. 무수크롬산의 함량 한정과 유사한데, 이온수 중에서 반응시 산화마그네슘을 20 중량부를 초 과하여 사용하는 경우 석출되어 절연코팅제의 도막 외관을 저해하거나 코팅 설비 등을 오염시킬 수 있고, 5 중량부 미만을 사용할 경우 pH가 1이하의 강한 산성을 나타내면서 혼합액의 안정성을 저해하여 겔이 발생할 수 있기 때문이다.
이온수의 함량을 50~200 중량부로 사용한 이유는 다음과 같다. 이온수를 200 중량부를 초과하여 사용하는 경우 용액의 점도 및 고형분이 너무 낮아 도장 작업시 도막의 살오름성이 떨어지고 레벨링성이 저하되어 불균일한 도막 또는 외관 불량 등을 초래할 수 있고, 롤 회전시 코팅제가 비산되는 등 현장 작업성이 저하되는 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 이온수를 50 중량부 미만으로 사용하는 경우 용액의 점도가 너무 높아 도장시 도막의 평활성이 저하되어 줄무늬가 발생하거나 고형분이 너무 높아 박막 도장인 절연코팅제의 도막두께 제어가 어렵고 탱크(tank)내에서 교반 및 펌핑(Pumping)시 설비에 부하가 많이 걸리는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
환원제 및 조용제로서의 역할을 하는 에틸렌글리콜의 함량을 5~30 중량부로 사용한 이유는 다음과 같다. 에틸렌글리콜을 30 중량부를 초과하여 사용하는 경우 점도의 안정성이 저하되고 도장 작업시 휘발성유기화합물(VOC) 배출량이 증가하는 등의 문제점이 있고, 5 중량부 미만으로 사용하는 경우 도막의 평활성이 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란은 부착 증진제로서 에폭시 관능기와 실란 관능기를 동시에 가지는 것으로서 소지면과의 부착성을 증진시키는 역할을 한다. 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란의 함량을 0.01~1 중량부로 사용한 이 유는 다음과 같다. 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란은 가격이 비싸며 가수분해가 잘 되는 특성 때문에 1 중량부를 초과하는 경우 더 이상 코팅제와 소재간의 부착력 개선효과가 없고 오히려 내수성 및 내식성 등이 저하할 수 있고, 0.01 중량부 이하를 사용하는 경우 밀착성 개선효과가 미미하기 때문이다.
그리고 폴리에테르 실록산 공중합체는 도막의 평활성과 소지면 젖음(Wetting)성 향상을 위한 첨가제이다. 폴리에테르 실록산 공중합체의 함량을 0.01~1 중량부를 사용한 이유는 다음과 같다. 비상용성인 폴리에테르 실록산 공중합체를 1 중량부를 초과하여 사용하는 경우 더 이상의 도막 평활성이나 소재 젖음성의 효과를 달성할 수 없고 오히려 용액의 점도 안정성을 저해 할 수 있고, 0.01 중량비 이하로 사용하는 경우 충분한 수준의 도막 평활성 및 소지면 젖음성 향상 효과를 기대할 수 없기 때문이다.
실시예 및 비교예
아래의 표1 및 표2와 같은 조성으로 본 실시예 및 비교예1 내지 7에 따른 절연코팅제 조성물을 제조하였다. 이때 표1 및 표2에 도시된 절연코팅제 조성물의 비율은 배합비로서 중량%로 표시하였다. 스티렌-아크릴 에멀젼 수지1로는 삼화페인트의 슈퍼레진0702(고형분 45중량%)를 사용하였고, 스티렌-아크릴 에멀젼 수지2로는 삼화페인트의 슈퍼레진0703(고형분 45중량%)를 사용하였다. 그리고 순수 아크릴 에멀젼 수지1로는 삼화페인트의 슈퍼레진0704(고형분 45중량%)를 사용하였고, 순수 아크릴 에멀젼 수지2로는 삼화페인트의 슈퍼레진0705(고형분 45중량%)를 사용하였다.
구 분 실시예 비교예1 비교예2 비교예3
무수크롬산(CrO3) 12.0 12.0 12.0 12.0
산화마그네슘(MgO) 3.0 3.0 3.0 3.0
실리카졸(고형분 20%) - - - -
이온수 37.7 37.7 37.7 37.7
스티렌-아크릴 에멀젼 수지1
(고형분45중량%)		 - 30.0 21.0 -
스티렌-아크릴 에멀젼 수지2
(고형분45중량%)		 30.0 - - 38.5
아크릴 에멀전 수지1
(고형분45중량%)		 - 12.5 21.5 -
아크릴 에멀전 수지2
(고형분45중량%)		 12.5 - - 4.0
에틸렌글리콜 4.0 4.0 4.0 4.0
감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란 0.5 0.5 0.5 0.5
폴리에테르 실록산 공중합체 0.3 0.3 0.3 0.3
구 분 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7
무수크롬산(CrO3) 24.0 12.0 12.0 12.0
산화마그네슘(MgO) 3.0 15.0 3.0 3.0
실리카졸(고형분 20%) - - -
이온수 25.7 25.7 22.7 29.7
스티렌-아크릴 에멀젼 수지1
(고형분45중량%)		 - - - -
스티렌-아크릴 에멀젼 수지2
(고형분45중량%)		 30.0 30.0 30.0 30.0
아크릴 에멀전 수지1
(고형분45중량%)		 - - - -
아크릴 에멀전 수지2
(고형분45중량%)		 12.5 12.5 12.5 12.5
에틸렌글리콜 4.0 4.0 4.0 12.0
감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란 0.5 0.5 0.5 0.5
폴리에테르 실록산 공중합체 0.3 0.3 0.3 0.3
본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 이온수에 산화마그네슘을 혼합한 후 교반하면서 무수크롬산을 투입하여 중크롬산마그네슘 수용액을 합성하는 단계를 수행한다. 그리고 스티렌-아크릴 및 순수 아크릴 에멀젼 수지, 에티렌글리콜, 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란, 이온수, 폴리에테르 실록산 공중합체를 혼합한 후 상기 중크롬산마그네슘 용액과 혼합함으로써 본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물을 제조할 수 있다.
이때 중크롬산마그네슘 수용액을 합성하는 단계에서, 중크롬산마그네슘 수용액은 반응 초기 순노란색에서 반응이 종료단계가 되면 황갈색의 투명한 액상이 띄게 되며 이때까지 무수크롬산을 투입하면서 교반한다. 이때 중크롬산마그네슘 수용액의 pH는 강한 알칼리성인 pH 11이상에서 반응이 진행되면서 서서히 산성으로 바뀌게 되는데 무수크롬산은 pH가 4~5정도인 상태에서 반응을 종료시킨다.
이와 같이 중크롬산염 수용액의 pH가 4~5에서 반응을 종료시킨 이유는, 본 발명에 따른 연구결과 절연코팅제의 점도 상승의 주원인이 환원제의 히드록실기의 수나 종류 보다는 중크롬산마그네슘 수용액 내에 존재하는 산(H+ 등)에 의해 물과 서로 비상용성인 수지가 비이온 및 음이온 계면활성제에 의에 안정화되어 에멀젼 상태를 유지하는 수지의 정전기적 안정성이 파괴되어 상호 응집 및 반응이 가속화되기 때문인 것으로 판단했기 때문이다. 따라서 절연코팅제의 점도 상승을 지연 및 차단하기 위해서는 중크롬산마그네슘 수용액의 제조시 마그네슘이 석출되지 않으면서도 에멀젼 수지의 전기적 안정성을 저해하지 않는 pH 범위로서 4~5로 한정하는 것이 바람직하다는 결론을 얻게 되었다.
이때 스티렌-아크릴 에멀젼 수지는 아래의 방법으로 합성하였다. 먼저 이온교환수로 채워진 반응부에 비이온 유화제와 음이온 유화제를 첨가하여 반응부의 온도를 80~85℃로 승온한 후 라디칼 중합반응 개시제를 상기 반응부에 첨가한다. 다음으로 반응부에 스티렌 단량체, 메틸메타아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 2-히드록실에틸아크릴레이트 및 메타크릴산을 첨가한 후, 반응부의 혼합물을 2~4시간 적하조를 사용하여 균일 적하한 후 80~85℃에서 2~3시간 숙성 중합한다. 그리고 반응부를 50℃ 이하로 냉각한 후 암모니아수로 중화하여 합성함으로써 스티렌-아크릴 에멀젼 수지를 얻을 수 있다.
순수 아크릴 에멀젼 수지는 아래의 방법으로 합성하였다. 먼저 이온교환수로 채워진 반응부에 비이온 유화제와 음이온 유화제를 첨가하여 반응부의 온도를 80~85℃로 승온한 후 라디칼 중합반응 개시제를 상기 반응부에 첨가한다. 이어서 반응부에 메틸메타아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헬실아크릴레이트, 아크릴로니트릴 및 메타크릴산을 첨가한 후, 반응부의 혼합물을 2~4시간 적하조를 사용하여 균일 적하한 후 80~85℃에서 2~3시간 숙성 중합한다. 그리고 반응부를 50℃ 이하로 냉각한 후 암모니아수로 중화하여 합성함으로써 순수 아크릴 에멀젼 수지를 얻을 수 있다.
한편 비교예에 따른 절연코팅제 조성물은 본 실시예에 개시된 절연코팅제 조성물의 제조 방법과 동일한 방법으로 제조하였기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예 및 비교예에 의해 제조된 절연코팅제 조성물의 초기 성상을 평가한 평가표를 표3에 개시하였다. 표2는 본 실시예 및 비교예에 따른 절연코팅제를 건조 도막이 0.5~2㎛이 되도록 무방향성 전기강판에 도포후 전술한 소부건조 조건으로 소부하여 물성을 평가한 평가표이다.
절연코팅제 초기점도
(scps,25℃)		 도막두께
(㎛)		 광택
(60°)		 조도
(Ra,㎛)		 절연도
(amps)		 내식성 밀착성
(mmΦ)
실시예 22 1.2 75% 0.195 0.92 양호 10
비교예1 85 1.4 71% 0.216 0.90 불량 10
비교예2 76 1.3 70% 0.220 0.91 불량 10
비교예3 58 1.3 62% 0.256 0.90 양호 30
비교예4 gel - - - - - -
비교예5 35 1.3 25% 0.429 - 불량 50
비교예6 47 1.3 55% 0.301 0.80 양호 10
비교예7 62 1.3 70% 0.230 0.89 양호 10
1. 점도
브룩필드(Brookfield) 점도계 4번 스핀들(Spindle)을 이용하여 100RPM으로 25℃에서 측정하였다.
2. 도막두께
도막두께는 ASTM D5796-95의 시험방법에 준하여 측정하였다.
3. 광택
광택은 ASTM D 523-80의 시험방법에 준하여 측정하였다.
4. 조도
조도는 중심선평균조도(Ra값)로 표시하며 TR200(Time group Inc.社) 으로 측정하였다.
5. 절연도
도막의 절연도는 프랭클린 절연 시험기(Franklin Insulation Tester)로 측정하였으며 300psi 압력하에서 0.5V, 1.0암페어의 전류를 통하였을 때의 수납전류를 측정한 값이다.
6. 내식성
도막의 내식성은 ASTM-B117 시험방법에 준하여 24시간 동안 측정하였으며 표면의 녹발생이 없으면 양호 녹이 발생된 경우 불량으로 구분하였다.
7. 밀착성
코팅된 시편을 10, 20, 30, 40mmΦ 등의 원호에 접하여 180˚로 구부렸을 때 내측면의 도막박리 여부를 관찰하였으며 도막의 박리가 일어나지 않는 최소의 직경을 측정하였다.
표2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물이 비교예1 내지 7에 따른 절연코팅제 조성물에 비해서 물성이 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
또한 본 실시예 및 비교예에 의해 제조된 절연코팅제 조성물의 점도 안정성을 평가한 그래프를 도 1에 도시하였다. 도 1의 그래프에서 초기에 겔화된 비교예4 및 5는 제외하였다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물이 비교예에 따른 절연코팅제 조성물에 비해서 점도 안정성을 갖고 있음을 확인할 수 있다. 특히 본 실시예에 따른 절연코팅제 조성물은 상온에서 한 달 이상 안정적인 점도를 유지하는 것을 확인할 수 있다.
반면에 비교예에 따른 절연코팅제 조성물은 상온에서 시간이 경과함에 따라 점도가 상승하는 것을 확인할 수 있다. 특히 비교예1, 2 및 6에 따른 절연코팅제 조성물은 시간이 경과함에 따라 점도가 급격히 상승하여 겔화가 되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물의 시간에 따른 점도의 변화를 보여주는 그래프이다.

Claims (11)

  1. 스티렌-아크릴 에멀젼 수지와 순수 아크릴 에멀젼 수지를 함유하며, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼 수지가 상기 순수 아크릴 에멀젼 수지에 비해서 유리전이온도가 높은 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼 수지 100 중량부에 대해서 상기 순수 아크릴 에멀젼 수지를 20~50 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼 수지는
    라디칼 중합반응 개시제 0.1~2.0 중량부, 비이온 유화제 0.1~1.0 중량부, 음이온 유화제 0.1~1.0 중량부, 스티렌 단량체 10~60 중량부, 메틸메타아크릴레이트 1~20 중량부, 에틸아크릴레이트 10~50 중량부, 2-히드록실에틸아크릴레이트 1~20 중량부 및 메타크릴산 1~10 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼 수지는 유리전이온도 30~50℃, 점도 30~100 KU 및 pH 4~7을 갖고, 45 중량%의 고형분을 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물.
  5. 제3항에 있어서, 상기 순수 아크릴 에멀젼 수지는,
    라디칼 중합반응 개시제 0.1~2.0 중량부, 비이온 유화제 0.1~1.0 중량부, 음이온 유화제 0.1~1.0 중량부, 메틸메타아크릴레이트 10~40 중량부, 노말부틸아크릴레이트 10~40 중량부, 2-에틸헬실아크릴레이트 1~20 중량부, 아크릴로니트릴 1~20 중량부 및 메타크릴산 1~10 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 순수 아크릴 에멀젼 수지는 유리전이온도 -10~10℃, 점도 30~100 KU 및 pH 4~7을 갖고, 45 중량%의 고형분을 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼 수지 100 중량부에 대해서,
    무수크롬산(CrO3) 20~50 중량부, 산화마그네슘(MgO) 5~20 중량부, 이온수 50~200 중량부, 에티렌글리콜(Ethylene glycol) 5~30 중량부, 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란(Gamma- glycidoxypropyltrimethoxysilane) 0.01~1 중량부 및 폴리에테르 실록산 공중합체 0.01~1 중량부를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물.
  8. (a) 이온수에 산화마그네슘을 혼합한 후 교반하면서 무수크롬산을 투입하여 중크롬산마그네슘 수용액을 합성하는 단계와;
    (b) 스티렌-아크릴 및 순수 아크릴 에멀젼 수지, 에티렌글리콜, 감마-글리사이독시프로필트리메톡시실란, 이온수 및 폴리에테르 실록산 공중합체를 혼합한 후 상기 중크롬산마그네슘 용액을 혼합하는 혼합 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 합성된 상기 중크롬산마그네슘 수용액은 pH 4~5인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 (b) 단계의 상기 스티렌-아크릴 에멀젼 수지는,
    이온교환수로 채워진 반응부에 비이온 유화제와 음이온 유화제를 첨가하여 상기 반응부의 온도를 80~85℃로 승온한 후 라디칼 중합반응 개시제를 상기 반응부에 첨가하고,
    상기 반응부에 스티렌 단량체, 메틸메타아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 2-히드록실에틸아크릴레이트 및 메타크릴산을 첨가한 후, 상기 반응부의 혼합물을 2~4시간 적하조를 사용하여 균일 적하한 후 80~85℃에서 2~3시간 숙성 중합하고,
    상기 반응부를 50℃ 이하로 냉각한 후 암모니아수로 중화하여 합성하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 (b) 단계의 상기 순수 아크릴 에멀젼 수지는,
    이온교환수로 채워진 반응부에 비이온 유화제와 음이온 유화제를 첨가하여 상기 반응부의 온도를 80~85℃로 승온한 후 라디칼 중합반응 개시제를 상기 반응부에 첨가하고,
    상기 반응부에 메틸메타아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헬실아크릴레이트, 아크릴로니트릴 및 메타크릴산을 첨가한 후, 상기 반응부의 혼합물을 2~4시간 적하조를 사용하여 균일 적하한 후 80~85℃에서 2~3시간 숙성 중합하고,
    상기 반응부를 50℃ 이하로 냉각한 후 암모니아수로 중화하여 합성하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판용 절연코팅제 조성물의 제조 방법.
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CN111548693A (zh) * 2019-02-08 2020-08-18 橄榄绿株式会社 无voc图像形成用涂覆液组合物
CN116656197A (zh) * 2023-06-05 2023-08-29 扬州汇菁工贸有限公司 无取向电工钢环保型绝缘涂层液

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