KR20120118572A - 장기내열성 및 절연성이 우수한 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물 - Google Patents

장기내열성 및 절연성이 우수한 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에폭시 당량이 1100~1200인 열경화형 비스페놀 A형 에폭시 수지 20~55 중량%; 에폭시 당량이 400~500인 이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지 10~45 중량%; 아민계 경화제 1~10 중량%; 경화 촉진제 0.05~2 중량%; 부착 증진제로서, 머캅토알킬알콕시실란 0.1~2 중량%; 유동성 첨가제로서, 폴리에틸렌 왁스와 산화알루미늄의 혼합물 0.4~2 중량%; 유색 안료 0.1~1 중량%; 및 무기 충진제 30~50 중량%를 포함하는 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 에폭시 분체 도료 조성물은 매우 탁월한 에지 커버성 증진 효과로 인하여 고온 조건하에서 장기 노출시에도 절연 성능을 유지할 수 있으며, 도막의 유리전이온도, 장기 유동성 확보로 인한 작업성 개선 등의 효과가 있어, 부스바용 절연 분체 도료에 매우 적합하다.

Description

장기내열성 및 절연성이 우수한 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물{POWDERY EPOXY COATING COMPOSITION FOR BUSBAR WITH EXCELLENT LONG-TERM HEAT RESISTANCE AND INSULATION PROPERTY}
본 발명은 전기 절연을 목적으로 하는 에폭시 분체 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에폭시 수지에 이소시아네이트 변성 에폭시 수지, 머캅토알킬알콕시실란 및 유동성 첨가제를 적용한 장기내열성 및 절연성이 우수한 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 부스바(Busbar)는 전기 에너지를 전달하는 매개체로서, 도체와 절연체를 가진다는 점에서 케이블과 구조가 유사하다. 같은 부피의 도체로 더욱 많은 전기에너지를 전달할 수 있다는 부스바의 장점으로 인해 케이블(cable)의 대체품으로 사용량이 점차적으로 증가하는 추세이다.
이러한 부스바의 대용량의 시스템에서의 장점이 인식되면서, 건축물 시스템이 점점 대형화되는 추세에 맞추어 안전하고 에너지의 손실이 적고 현대 건축물과 조화를 이루어 설치될 수 있는 부스바의 수요가 증가하고 있으며, 공장, 빌딩, 아파트, 대형 할인마트, 오피스텔, 연구단지, 백화점, 터널 반도체, LCD공장, 초고층빌딩, 초고압변전소, 신공항, 항만 등에 다양한 분야의 건축물에 다각도로 공급되고 있다.
자동차에 사용되는 각종 전기 전자 재료 즉, 소형 모터류(아마츄어,스테이터 등)에는 절연성 및 작업성이 우수한 에폭시 분체 도료가 널리 사용되고 있으나, 전기 에너지를 전달하는 매개체인 부스바에 적용한 예는 없었다. 기존에 부스바에서는 절연성능을 부여하기 위해 난연 PVC 피복재의 절연 테이프를 사용중이나, 자체 비용이 증가하여 경제적 부담이 크고, 절연을 위한 물질이 약해 기계적 및 열적 안정성이 떨어지고, 작업성이 떨어지는 문제점이 있어 최근 들어 높은 품질수준(절연성 및 외관품질) 및 작업성의 개선이 요구되고 있다.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 본 발명은 장기내열성 및 절연성이 우수하며, 작업성이 우수한 에폭시 분체 도료 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 부스바용 피도물은 각진 모서리(에지) 부분을 많이 갖는 형상으로 되어 있어, 그 부위의 도포성(이후, '에지 커버성'으로 지칭함)이 절연 성능에 중요한 요소인 바, 본 발명은 에지 커버성을 효과적으로 증진시킬 수 있는 에폭시 분체 도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명은 비스페놀 A형 에폭시 수지 분체 도료에 이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지, 머캅토알킬알콕시실란 및 유동성 첨가제를 적용하여 에지 커버성, 장기 유동성, 장기 내열성 및 절연성이 우수한 에폭시 분체 도료 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물은, 에폭시 당량이 1100~1200인 열경화형 비스페놀 A형 에폭시 수지 20~55 중량%; 에폭시 당량이 400~500인 이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지 10~45 중량%; 아민계 경화제 1~10 중량%; 경화 촉진제 0.05~2 중량%; 부착 증진제로서, 머캅토알킬알콕시실란 0.1~2 중량%; 유동성 첨가제로서, 폴리에틸렌 왁스와 산화알루미늄의 혼합물 0.4~2 중량%; 유색 안료 0.1~1 중량%; 무기 충진제 30~50 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 에지 커버성을 높이기 위한 분체 도료 조성물을 확보하는 방안으로는 고점도 수지의 사용, 고 흡유량 충진제 사용 및 충진제 함량 증가, 겔 타임(Gel time) 단축 등이 있다. 그러나 상기 조건의 경우, 대체적으로 에지 커버성의 증진 효과에 비해 에폭시 분체 도료 생산성 저하, 도료의 경시변화 및 도장시 균일한 품질확보가 어렵다. 반면, 본 발명은 에폭시 수지로서 열경화형 비스페놀 A형 에폭시 수지와 이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지를 병용하고, 아민계 경화제를 사용함으로써 기존 단점을 보완하면서도 매우 탁월한 에지 커버성의 증진 효과를 확보할 수 있다.
본 발명에 사용되는 열경화형 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 당량이 1100~1200인 것을 사용한다. 당량이 1100 미만인 경우에는 굴곡성에 문제점이 있고, 1200을 초과하는 경우에는 가교밀도가 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 열경화형 비스페놀 A형 에폭시 수지는 공지된 방법에 따라 직접 합성하여 사용할 수 있고, 또는 시판하는 물질을 사용할 수 있다.
그리고 본 발명의 분체 도료 조성물에 비스페놀 A형 에폭시 수지는 20~55 중량% 범위로 포함되어야 한다. 비스페놀 A형 에폭시수지가 20 중량% 미만이면 외관 및 굴곡성을 저해하며, 55 중량%를 초과하는 경우에는 도막의 내열성에 문제가 발생한다.
본 발명에 사용되는 이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 당량이 400~500인 것을 사용한다. 당량이 400 미만인 경우에는 도장 작업성 및 굴곡성에 문제점이 있고, 500 초과인 경우에는 도막의 가교밀도가 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지는 공지된 방법에 따라 직접 합성하여 사용할 수 있고, 또는 시판하는 물질을 사용할 수 있다.
그리고 본 발명의 분체 도료 조성물에 이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지는 10~45 중량% 범위로 포함되어야 한다. 이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지가 10 중량% 미만이면 도막의 가교밀도를 저해하며, 45 중량%를 초과하는 경우에는 굴곡성의 문제가 발생한다.
본 발명에 사용되는 경화제는 아민계 경화제이다. 아민계 경화제는 지방족 아민계 경화제, 지환족 아민계 경화제, 방향족 아민계 경화제 등이 예시된다. 4,4'-디아미노 디페닐 술폰, 4,4'-디아미노 디페닐 메탄, 디시안 디아마이드 등이 바람직하고, 디사안 디아마이드가 특히 바람직하다. 또한, 상기 디시안디아마이드 경화제로서 사용할 수 있는 시판되고 있는 제품으로는 토마스스완사의 C783가 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 분체 도료 조성물 총 중량에 대하여 1~10 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 아민계 경화제가 1 중량% 미만일 경우 충분한 가교가 이루어지지 않으며, 10 중량%를 초과할 경우 경화속도 문제 및 보존 안정성이 저하된다.
본 발명은 상기 경화제와 함께 경화성 조절을 위하여 통상의 열경화성 경화 촉진제를 첨가 사용하며, 예를 들면, 2-메틸 이미다졸, 2-페닐 이미다졸, 에틸 메틸 이미다졸, 2-에틸 이미다졸, 1-벤질 2-메틸이미다졸, 2-부틸 이미다졸 등과 같은 이마다졸류와 트리페닐포스핀, 벤질드리페닐포스포늄크로라이드, 부틸트리페닐포스포늄 클로라이드, 테트라페닐 포스포늄 클로라이드 등과 같은 4급 암모늄류 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 상기 경화촉진제는 본 발명의 분체 도료 조성물 총 중량에 대하여 0.05~2 중량%로 사용하며, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 요구되는 적절한 겔화 시간을 가질 수 없어 작업성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 분체 도료 조성물은 부스바에 적용되는 도막과의 부착성을 증진시키기 위해 부착 증진제로서, 머캅토알킬알콕시실란을 0.1~2 중량%의 양으로 포함한다. 이러한 머캅토알킬알콕시실란은 분자량이 150~300인 것이 바람직하고, 그러한 예로서, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 제품명 A-187로 판매되는 감마글리독시프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있고, 바람직하게는 3-머캅토프로필트리메톡시실란이다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는, 도막의 경도가 상당히 지연되거나, 조성물과의 부착성이 저해된다.
본 발명의 분체 도료 조성물은 유동성 첨가제로서, 폴리에틸렌 왁스와 산화알루미늄의 혼합물 0.4~2 중량%를 사용한다. 본 발명에 따른 유동성 첨가제는 폴리에틸렌 왁스와 산화알루미늄을 1:1의 중량비로 블렌딩한 후 본 발명의 분체 도료 조성물 총 중량에 대하여 0.4~2 중량%의 양으로 후첨가하여 도료의 도착성 향상과 함께 장기 유동성 개선 효과를 확보할 수 있다. 다른 원료와 달리 후첨가하는 이유는 칩을 만든 후에 넣어야 유동성 효과를 극대화시킬 수 있기 때문이다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 요구되는 우수한 장기 유동성을 확보할 수 없어 작업성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 분체 도료 조성물에 사용되는 유색 안료는 색상을 나타내기 위하여 사용하며, 그 종류는 매우 다양하여 특별히 제한되지 않는다. 대표적인 예로서는 백색, 흑색, 황색, 청색, 녹색이 있으며, 백색은 티타늄 디옥사이드 계통의 R706, R902(듀퐁), CR-80, 85, 95(이시하라 제품), 흑색은 카본 블랙 계통의 MA-100, 600(미쓰비시), Raven5000 (아이씨아이), 황색은 팔리오탄 옐로우 L1945(한국바스프), 이르가컬러 옐로우 BVB 1391(시바), 청색은 울트라마린 블루 EP-62(누비오라), 프달로시아닌블루(대한스위스), 녹색은 마이크로리스 그린 G-T(시바), 프타로시아그린(대한스위스) 등이 사용될 수 있다. 이러한 유색 안료는 0.1~ 1 중량% 범위인 것이 바람직하며, 0.1 중량% 미만인 경우에는 색상 발현이 어렵고, 1 중량%를 초과하는 경우에는 외관 및 물성이 저하되어 바람직하지 않다.
본 발명의 분체 도료 조성물에 사용되는 무기 충진제는 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 티타늄다이옥사이드, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 월라스토나이트 및 탈크 중에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 30~50 중량% 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. 무기 충진제가 30 중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 도장 시에 새깅(sagging) 현상이 생겨 도막 형성에 어려움이 있으며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 내굴곡성 등의 물성이 저하되는 문제가 발생하고, 특히 상기 범위를 벗어나는 경우에는 본 발명이 목적하는 절연성 개선 효과를 얻을 수 없다.
또한, 본 발명의 분체 도료 조성물에는 상기 성분 이외에 통상의 첨가제가 1~2 중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 이러한 통상의 첨가제로는 핀홀방지제, 예컨대, 벤조인, 또는 표면조정제, 예컨대, 아크릴 첨가제 등일 수 있다. 이러한 첨가제가 1 중량% 미만으로 첨가되면, 첨가제의 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으며, 2 중량%를 초과하는 경우에는 분체도료의 전체적인 물성을 떨어뜨리는 문제가 있다.
한편, 본 발명에 따른 분체 도료 조성물은 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다: 본 발명에 따른 원료를 각각 배합 후 컨테이너 믹서를 이용하여 균일하게 혼합될 수 있도록 섞는다. 균일하게 혼합된 조성물을 니이더 또는 익스투루더(MP-30PC, A&P사) 등의 압출기를 통하여 90~120℃에서 용융 혼합시킨 다음 분쇄기를 이용하여, 평균 입도 30~60 마이크론인 분체 도료 조성물을 제조한다.
또한, 자동차 모터용 절연 에폭시 분체 도료의 경우, 정전유동 침적도장을 통해 모터 표면에 분체 도료를 도착시킨 후 고주파 가열기를 통하여 모터표면을 급격하게 온도를 200~260℃로 상승시켜 도막을 형성시키는 방식을 이용하는 반면, 본 발명의 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물의 경우, 알루미늄 및 구리 부스바(두께: 5~8 ㎜, 길이: 0.5~2 m 내외)를 산세척 후 에틸 알코올에 함침하여 초음파 세척을 통해 불순물을 제거한 후 기판을 가열(200℃×20분 예열), 분체 유동조 내에서 침적도장(5초 내외 침적/도막두께 500~700 ㎛), 도포된 도장물 재가열(200℃×20분 경화)시킨 후 수냉하는 방식을 적용한다. 따라서, 본 도장 공정에 적합한 에폭시 분체 도료는 에지 커버성, 장기 유동성, 장기 내열성 및 절연성 등이 요구된다.
본 발명의 에폭시 분체 도료 조성물은 기존 에폭시 분체 도료와 비교하여, 매우 탁월한 에지 커버성 증진 효과로 인하여 고온 조건하에서 장기 노출시에도 절연 성능을 유지할 수 있으며, 나머지 물성, 도막의 유리전이온도, 장기 유동성 확보로 인한 작업성 개선 등의 효과가 있어, 부스바용 절연 분체 도료에 매우 적합하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정할 수 있음은 통상의 기술자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1~2 및 비교예 1~4
본 발명의 실시예 및 비교예에서 예시한 조성물에 대한 약어, 성분 및 상품명 등은 다음과 같다:
비스페놀 A형 에폭시 수지: 에폭시 당량 1175(KCC)
이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지: 에폭시 당량 475(KCC)
경화제: 디시안 디아마이드, 토마스 스완사 제품(DMPF)
경화촉진제: 2-MI(SIKOKU)
표면조정제: PLP-100(KS 케미칼)
핀홀방지제: BENZOIN(미원)
부착증진제: 3-머캅토프로필트리메톡시(시네쭈)
유색안료: MA-100(MITUSBISHI)
무기 충진제: 실리카 HANSIL 15J(KOSEM)
유동성 첨가제: 폴리에틸렌 왁스(PE1544)와 산화알루미늄(AEROXIDE® Alu C)을 1:1의 중량비로 혼합한 혼합물
표 1에 나타낸 원료를 각각 배합한 후 컨테이너 믹서를 이용하여 균일하게 혼합될 수 있도록 섞었다. 균일하게 혼합된 조성물을 익스트루더(MP-30PC, A&P사)를 통하여 90℃에서 용융 혼합하였다. 이후, 유동성 첨가제를 첨가하고 분쇄기를 통해 분쇄하여, 평균 입도 30~60 마이크론인 분체 도료 조성물을 제조하였다.
원료(g) 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
비스페놀 A형
에폭시 수지		 50 50 50 100 80 50
이소시아네이트 변성 비스페놀 A형
에폭시 수지		 50 50 50 - 20 50
경화제 4 4 4 4 4 4
경화촉진제 1.2 0.1 1.3 1.3 1.3 1.2
부착증진제 1 1 1 1 1 -
유동성 첨가제 2 2 2 2 2 2
핀홀방지제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
표면조정제 2 2 2 2 2 2
유색안료 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
무기 충진제 100 100 30 100 100 100
실험예
본 발명에서의 시험시편 제작방법 및 물성 평가방법은 통상적인 ASTM 규격을 적용하여 그 결과를 다음 표 3에 나타내었으며, 이는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서 본 발명의 도장방법 및 물성에 대한 범주를 규정하는 것은 아니다.
[물성시험 및 평가방법]
1) 흐름율
가) 시료 분말 2g 을 20 mm Φ 성형 틀에서 140kg/㎠압력으로 30초간 압축하여 지름 20mm의 정제를 만든 후, 데시케이터에서 2시간 동안 제습하였다.
나) 성형 제습된 정제 시료를 150×70×0.7 mmT의 연강판에 수평으로 올려놓고 오븐에서 140℃에서 10분간 가열하였다.
다) 가열 완료 후 상온으로 냉각하여 시료의 지름을 측정하여 다음의 계산식에 준해서 흐름율을 구한다.
Figure pat00001
2) 절연파괴전압 : ASTM D149
3) 열 숙성(Thermal Aging)된 시편의 절연파괴전압 측정(시험방법: UL746B RTI)
순서 항목 조건
1 오븐 숙성(oven aging) 170℃, 200℃×720시간
2 실온 1시간 방치
3 저온 충격(cold shock) 1시간(외부용:-20±2℃, 내부용:0±2℃)
4 실온 1시간 방치
5 진동 테스트 7G의 속도로 10,000회
6 습도 테스트 24시간(25~30℃, RH 95~100%)
7 절연파괴전압측정 습도 테스트 후 1시간 이내 측정, 전압상승: 500 V/s
측정 결과를 표 3에 나타낸다.
물성 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
흐름율(%) 5.1 3.8 25.0 26.1 - -
겔타임(s) 35 70 21 18 25 40
도료 Tg(℃) 62.07 54.99 67.49 65.49 66.29 60.92
도막 Tg(℃) 116.67 115.30 107.50 108.21 110.58 115.35
절연파괴전압(%)
(200℃ 30일 방치후)		 71 72 45 52 59 69
상기 표 3으로부터, 본 발명에 따른 에폭시 분체 도료 조성물은 비교예에 비해 흐름율(도장 후 마르기 전에 도막이 퍼지는 정도)이 우수하고, 겔타임도 경화속도와 도막의 습윤성(도막이 퍼져서 소지를 젖게 하는 정도)을 모두 고려할 때 적절한 범위임을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 에폭시 분체 도료 조성물은 비교예에 비해 상대적으로 에지 커버성이 뛰어나 고온 조건하에서 장기 노출시에도 절연 성능을 유지하는 효과가 뛰어남을 확인할 수 있었다.

Claims (5)

  1. 에폭시 당량이 1100~1200인 열경화형 비스페놀 A형 에폭시 수지 20~55 중량%;
    에폭시 당량이 400~500인 이소시아네이트 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지 10~45 중량%;
    아민계 경화제 0.1~10 중량%;
    경화 촉진제 0.05~2 중량%;
    부착 증진제로서, 머캅토알킬알콕시실란 0.1~2 중량%;
    유동성 첨가제로서, 폴리에틸렌 왁스와 산화 알루미늄의 혼합물 0.4~2 중량%;
    유색 안료 0.1~1중량%; 및
    무기 충진제 30~50 중량%
    를 포함하는 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 머캅토알킬알콕시실란이 3-머캅토프로필트리메톡시실란인 것을 특징으로 하는 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경화촉진제는 2-메틸 이미다졸, 2-페닐 이미다졸, 에틸 메틸 이미다졸, 2-에틸 이미다졸, 1-벤질 2-메틸이미다졸, 2-부틸 이미다졸 의 이마다졸류 및 트리페닐포스핀, 벤질드리페닐포스포늄크로라이드, 부틸트리페닐포스포늄 클로라이드, 테트라페닐 포스포늄 클로라이드의 4급 암모늄류 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유색 안료는 카본블랙인 것을 특징으로 하는 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아민계 경화제는 디시안 디아마이드인 것을 특징으로 하는 부스바용 에폭시 분체 도료 조성물.
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