KR20170071306A - 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법 - Google Patents

유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터/알터네이터류 등에 사용하는 권선용 코팅막 제조 및 기술에 관한 것으로, 특히 실란 또는 다이메틸암모늄 클로라이드로 표면처리된 해포석 나노 입자를 폴리아미드이미드 등의 내열성 수지 용액에 첨가하여 고속 분산시켜 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 소량의 해포석 나노 입자를 첨가하여도 절연파괴전압을 두배 이상 증가시킬 수 있고 도체와의 밀착력이 우수하여 최종 코팅막의 두께를 얇게 만들 수 있다는 우수한 효과가 있다.

Description

유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법 {PROCESS FOR PREPARING ORGANIC-INORGANIC HYBRID POROUS INSULATION COATING COMPOSITION}
본 발명은 모터/알터네이터류 등에 사용하는 권선용 코팅막 제조 및 기술에 관한 것으로, 특히 나노 효과를 가지는 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법에 관한 것이다.
에나멜 권선은 구리(Cu) 도체와 폴리머 코팅으로 이루어져 있다. 에나멜 권선 산업에서는 가공을 위해 구리와의 피막 밀착력, 유연성 및 내마모성이 높으면서도 고전류에서도 고절연성을 확보할 수 있는 고내구/고절연 코팅막 재료를 필요로 한다. 또한, 모터/알터네이터의 출력이 높아짐에 따라 고온에서도 손상없이 잘 견딜 수 있는 고내열성도 가져야 한다. 모터/알터네이터가 출력이 높아지고 경량화되는 추세에 따라 다양한 기능을 동시에 가질 수 있는 에나멜 권선 기술이 요구되고 있다.
따라서, 구리 도체와의 밀착력을 위해 1차 코팅층을 내열도가 낮지만 밀착력 및 유연성이 우수한 폴리에스터(polyester) 또는 폴리에스터이미드(polyester-imide)을 먼저 코팅을 하고, 2차 코팅층으로 고절연성 및 내열성이 우수한 폴리아마이드이미드(polyamide-imide)을 코팅한다. 응용분야에서 쓰이는 부품의 요구사항에 따라 추가적으로 3차 코팅을 통해 내마모성 및 내화학성을 높이거나 저마찰 특성을 부여하기도 한다. 주요 특성인 절연파괴전압은 두께가 증가될수록 우수하지만 다층구조로 코팅을 할 수록 코팅막의 두께는 증가되기 때문에 한정된 코일의 슬롯에 감을 수 있는 전선의 양이 줄어들게 된다. 이는 점적률(%)이라 표현되며 점적률이 높을수록 전류의 고밀도화가 가능하여 모터/알터네이터의 소형화 및 고출력화가 구현 가능하다. 모터/알터네이터의 소형화 및 고출력화를 위한 요구성능은 지속적으로 증가하는 반면에 코팅막의 두께가 증가되고 단계별 공정이 복잡화됨에 따라 비용 또한 증가된다는 점이 해결해야 할 문제점이다.
특히, 환경차용 구동 모터의 경우 내서지성이 매우 중요한데 이를 해결하기 위해 에나멜 유기물 내에 실리콘 입자를 첨가하여 절연성 및 내서지성을 향상 시키고 있다. 문제는 이러한 유기물 내에 무기물을 첨가하는 것이 무기물의 분산성이 취약해지고 에나멜 피막과 구리 도체간의 밀착성 및 유연성을 저하시켜 권선 가공시에 코팅 피막 깨짐이 발생한다. 이를 해결하기 위해 결국 밀착력 향상을 위한 1차 코팅, 무기물이 포함된 2차 코팅, 3차 코팅까지 필요로 하게 된다. 또한, 절연파괴전압을 높이기 위해 코팅을 두껍게 할 수 밖에 없는 실정이다.
이러한 일례로, 대한민국등록특허 제10-1104390호에 기재된 구형, 판상형 등의 실리카를 폴리아마이드이미드(polyamideimide, PAI)에 첨가하여 분산시켜 구리에 코팅한 코팅막의 경우, 실리카 함량이 0 wt%로 들어가지 않은 것 대비하여 실리카 함량을 12.5 wt%로 첨가해야 절연파괴전압이 약 20% 정도 증가하는 것에 그친다. 또한, 코팅막 두께의 경우도 최대 53 ㎛로 매우 두껍다. 코팅막의 두께를 얇게 하면서도 절연파괴전압을 늘릴 수 없었다. 실리카 함량을 늘릴 경우 절연파괴전압이 오히려 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 구형 및 판형 세라믹의 크기가 나노미터 크기라 할지라도 표면적을 늘리는 것에 한계가 있기 때문에 유기물과의 결합력을 확보하기가 어렵기 때문이다. 절연효과를 증대하기 위해 코팅막의 두께를 증가시키거나 실리카 첨가 함량을 늘릴 수록 유기물의 점성 조절이 어렵고 제조 단가의 큰 상승을 가져온다. 실리카 첨가 함량을 늘린다해도 세라믹간 뭉침 현상이 심해지고 유기물 내 결합력이 떨어져서 절연파괴전압의 감소로 이어지는 문제가 있다.
따라서, 모터 및 알터네이터에 사용하는 에나멜 권선 제조시에 코팅막이 얇으면서도 향상된 절연파괴전압 성능을 확보할 수 있는 코팅재 개발에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 모터 및 알터네이터에 사용하는 유기물 코팅액에 표면 처리된 다공성 해포석을 고속 분산 처리하여 에나멜 권선 제조시에 두께가 얇으면서도 높은 절연파괴전압을 갖는 코팅막을 형성시킬 수 있는 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 및 폴리아믹에시드로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 내열성 수지를 포함하는 용액에, 실란 또는 다이메틸암모늄 클로라이드로 표면처리된 해포석 나노 입자를 첨가하여 3600 rpm 이상으로 30분 이상 고속 분산시키는 단계를 포함하는 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법을 제공한다.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따라 나노 효과를 가지는 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리 범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리 범위내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다.
추가적으로, 본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함" 또는 "함유"라 함은 어떤 구성요소(또는 구성 성분)를 별다른 제한없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성요소(또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.
일반적으로 모터에 쓰이는 에나멜 권선에 높은 절연파괴전압과 밀착력을 구현하기 위하여 1차 코팅층을 형성하고 2차로 구형 실리콘과 같은 무기계 입자가 첨가된 코팅층을 형성시킨다. 하지만, 유기물 내에서 무기계 실리콘 입자가 잘 분산되지 않거나 서로 뭉치는 현상으로 인해 입자의 사이즈가 커지게 되고 코팅막 표면으로 노출이 되는 현상이 발생한다. 이에 3차로 코팅을 추가적으로 실시하게 되고 코팅막의 두께는 증가하게 된다. 이를 해결하기 위해 실리콘 구형입자 표면에 실란과 같은 표면처리를 실시하시만 그 효과가 미미하여 유기물과의 호환성이 떨어져서 유기물 내 분산성이 좋지 않고, 구리 도체와의 밀착력 저하 및 절연파괴전압의 저하가 일어나게 된다. 결국 기존 기술로는 두께는 얇으면서도 절연파괴전압을 높일 수 있는 기술에 한계가 있다.
본 발명자들은 다공성 구조를 가지는 나노크기의 해포석(Sepiolite)을 표면처리하여 유기물 내에서 분산성이 우수하고 코팅 후 건조시에 유기물과의 결합력을 증가시켜, 코팅두께가 얇으면서도 절연파괴전압을 현저히 향상시킬 수 있는 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅재를 제조 할 수 있는 방법을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
특히, 본 발명에서는 유기물 내에 기존 구형 실리콘 입자가 아닌 다공성 구조를 가지는 해포석(Sepiolite) 입자 표면에 실란(Silane) 혹은 다이메틸암모늄클로라이드(Dimethyl Ammonium Chloride)로 표면 처리한 입자를 첨가하여 고속분산 처리하여 코팅액을 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 코팅액을 구리 환선 도체에 코팅하여 밀착력을 필요로 하는 1차 코팅층이 없이도 기존 대비 밀착력이 향상되고 코팅막의 두께도 기존 대비 44%가 얇아지며, 절연파괴전압이 최대 2배 향상된 코팅막을 얻을 수 있다. 특히, 본 발명은 해포석을 표면 처리하고 유기물 내 고분산 처리하여 모터/알터네이터용 권선에 적용한 최초의 발명이며, 코팅막 두께를 줄이면서도 동시에 절연파괴전압을 현저히 향상시킬 수 있는 우수한 효과를 갖는다.
이에 발명의 일 구현예에 따르면, 나노 효과를 가지는 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액을 제조하는 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법은 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 및 폴리아믹에시드로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 내열성 수지를 포함하는 용액에, 실란 또는 다이메틸암모늄 클로라이드로 표면처리된 해포석 나노 입자를 첨가하여 3600 rpm 이상으로 30분 이상 고속 분산시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 절연바니쉬 및 이를 적용한 에나멜 권선 등에 관한 것으로, 다공성 구조를 가지는 나노 크기의 해포석(Sepiolite)에 실란(Silane) 혹은 다이메틸암모늄클로라이드(Dimethyl Ammonium Chloride)로 표면 처리한 후 건조된 분말을 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone,NMP) 등의 용제에 혼합된 폴리아미드이미드(Polyamideimide, PAI) 혹은 폴리에스터이미드(Polyester, PEI) 혹은 폴리에스터(Polyster, PE) 등의 수지 용액에 첨가하여 고속 분산 처리를 통해 용액 내에 분산 시켜 만든 코팅액의 제조 방법 및 이를 구리와 알루미늄과 같은 금속 와이어에 코팅한 코팅막 제조 기술에 관한 것이다.
본 발명을 통해 만든 코팅막은 두께가 얇으면서도 전기절연성, 도체 밀착성, 내열특성이 우수하여 모터, 알터네이터, 변압기 등의 부품에 적용될 뿐만 아니라 박막 및 고절연 특징을 통해 에나멜 권선의 집적도를 증대시켜 전류밀도의 증가에 따라 부품을 소형화와 동시에 고출력화가 가능하다는 것에 특징을 갖는다. 기존 기술이 두께가 얇아질 수록 절연 파괴전압이 낮아지는 문제점이 있어서 지금까지 코팅막의 두께를 줄이면서도 절연파괴 전압을 높이는 기술의 한계가 있었는데, 본 발명은 이를 해결하는 데 주안점을 둔 기술이다.
발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 고내열성을 가지는 폴리아미드이미드 수지 등에 표면 처리된 해포석을 고속 분산시켜 만든 코팅액을 구리 도체에 코팅하여 에나멜 권선을 제조할 수 있다. 도 1과 같은 구조를 가지는 에나멜 권선으로, 도체 직경 1 mm를 가지는 구리에 18 내지 22 ㎛ 두께를 가지는 단일층의 코팅막을 제조할 수 있다. 코팅막은 에나멜 폴리머인 폴라아미드이미드 등에 실란 혹은 다이메틸암모늄클로라이드로 표면처리된 해포석으로 구성된다. 이 때 사용되는 해포석은 활석 판형이 적층으로 구성된 마그네슘-실리케이트 결합을 가지는 선형의 그물 구조를 가지며 다공성으로 표면적이 매우 넓다. 이러한 해포석 입자는 비표면적이 230 내지 380 m2/g 가 될 수 있으며, 입자의 크기가 50 내지 500 nm일 수 있다. 표면을 실란 혹은 메틸암모늄클로라이드로 표면 처리 할 경우 유기 수지 내에 분산성이 증가하여 최종 코팅막의 전기절연성, 내마모성, 밀착력, 내열성이 현저히 향상된다.
한편, 상기 에나멜 권선 제조시 코팅막의 바인더 수지가 되는 내열성 수지로는 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 및 폴리아믹에시드 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 내열성 수지는 코팅액 제조시에, N-메틸피롤리돈(NMP) 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 셀룰로브(cellusolve)류, 글리콜(glycol)류, 케톤(ketone)류 등의 1종 이상의 유기 용매에, 15 내지 45 wt%의 함량으로 혼합하여 수지 용액 형태로 사용할 수 있다.
본 발명에서는 상기 내열성 수지 용액에 다공성 해포석 나노 입자를 고속 분산시키는 것을 특징으로 한다. 특히, 실란이나 다이메틸암모늄클로라이드 표면처리 된 해포석을 유기 용매에 직접 투입할 경우에 고속 교반을 적용한다고 하여도 해포석이 고르게 분산되지 않고 아래로 가라앉는 문제가 발생할 수 있다. 상기 다공성 해포석 나노 입자는 내열성 수지 용액에 고형분의 0.1 wt 내지 5 wt%의 함량으로 첨가한 후에 3600 rpm 이상 또는 3600 rpm 내지 15000 rpm으로 30분 이상 또는 30 분 내지 180 분 동안 고속 분산시켜 사용할 수 있다.
또한, 폴리아미드이미드(PAI) 수지 등에 실란 혹은 다이메틸암모늄클로라이드로 표면처리 된 해포석을 교반하는 방법에 따라 수지와의 혼합성에 차이가 있다. 예컨대, 실란 및 다이메틸암모늄클로라이드로 표면처리된 해포석을 폴리아마이드이미드 용액에 첨가한 후 3600 rpm 미만으로 일반 교반을 수행하거나 볼밀 분산기 사용후에 3600 rpm 미만의 조건으로 교반을 수행하는 합성교반의 경우에는 고르게 분산되지 않은 입자들이 육안으로 육안으로 관찰될 수 있다. 따라서, 실란 및 다이메틸암모늄클로라이드가 표면처리 된 해포석은 저점도의 폴리아미드이미드 등의 수지 용액에 직접 투입하여 High shear를 줄 수 있는 고속교반기에서 교반을 했을 때 용액 내에서 고르게 분산이 잘 되고 장시간 분산성을 유지할 수 있다.
한편, 도 2에 나타낸 바와 같이, 폴리에스터 혹은 폴리에스터이미드 혹은 폴리아미드이미드를 가지고 세라믹 무기물을 첨가하여 제조한 기존 유무기 하이브리드의 경우 제조방법에 있어서 다층 구조를 만들기 위한 제조공정이 복잡하다(도 2의 a 공정). 기존 기술의 경우 무기물과 유기물과의 결합력 및 무기물의 유기물 내 분산성이 부족하여 도체 위에 바로 코팅을 했을 경우 도체와 코팅막간의 밀착력이 떨어진다. 따라서 고밀착 소재로 1차 코팅을 한 다음, 중간층에 무기물이 분산된 2차 코팅을 실시한다. 또한 3차 코팅이 필요한데, 이는 무기물의 분산성이 부족하여 표면 조도가 거칠거나 표면에 생긴 흠을 덮기 위함이다. 각 1차, 2차, 3차 코팅의 경우 1 pass 당 몇 ㎛로 코팅을 하느냐에 따라, 요구하는 특성에 따라 그 횟수가 결정된다. 결론적으로, 본 실리카 및 기타 판상, 구형을 가지는 세라믹을 활용한 제조 방법으로는 코팅막의 두께가 증가하고 또한 공정이 복잡하다.
반면에, 본 발명에 따른 코팅액 제조 방법의 경우(도 2의 b 공정) 폴리에스터 혹은 폴리에터이미드 혹은 폴리아미드이미드 용액(예컨대, 30 wt%) 내에 실란 혹은 다이메틸암모늄클로라이드가 표면 처리된 해포석(예컨대, 0.5 wt%)을 직접 넣어 고속 교반기(약 3600 rpm 이상, 30분 이상)를 통해 분산시킨다. 나노 크기의 다공성 구조를 가지는 해포석은 용액 내에서 고르게 분산 되고 코팅 후 건조시에 유기물과의 결합력이 우수하여 표면 조도가 고르고 흠이 없다. 또한, 도체와의 밀착력도 우수하다. 따라서, 고밀착을 목적으로하는 1차 코팅 공정 및 추가적인 3차 코팅 공정이 필요 없므로, 전체 공정 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 이렇게 한번의 코팅으로 외관, 밀착력, 전기절연성, 내열성, 내마모성을 모두 만족하는 코팅막을 제조할 수 있고 이는 코팅막을 얇게 만들 수 있는 큰 장점이자 기존의 에나멜 권선 코팅 기술과의 큰 차이를 갖는 특징이라 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 다공성 구조를 가지는 나노크기의 해포석(Sepiolite)을 표면처리하여 유기물 내에서 분산성이 우수하고 코팅 후 건조시에 유기물과의 결합력을 증가시킬 수 있다. 특히, 약 0.1 ~ 5 wt% 적은 양의 첨가만으로도 절연파괴전압을 두배 이상 증가시킬 수 있고 도체와의 밀착력이 우수하여 최종 코팅막의 두께를 얇게 만들 수 있다는 가장 큰 장점이 있다. 이처럼 나노 크기의 다공성 세라믹 물질인 해포석 입자를 이용하여 코팅두께가 얇으면서도 절연파괴전압이 현저히 증가시킬 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.
본 발명에 따르면, 나노 크기의 다공성 물질인 해포석을 실란 혹은 다이메틸암모늄클로라이드 표면처리를 한 후 폴리아미드이미드 등의 내열성 수지 용액에 첨가함으로써, 구리 혹은 알루미늄과 같은 도체에 코팅시 피막흠성이 우수하고 얇은 두께를 구현하면서도 현저히 향상된 절연파괴전압을 확보할 수 있으며, 전체 코팅 공정이 1단계로 완성될 수 있어 유무기하이브리드 에나멜 권선을 제조하는 전체 공정 단순화할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 나노 다공성 절연체를 포함하는 유/무기 하이브리드 코팅막의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2는 유무기 하이브리드 코팅막 제조 방법을 비교하여 나타낸 공정도이다(a. 기존의 종래기술에 따른 코팅막 제조 방법, b. 본 발명의 코팅막 제조 방법)
도 3은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 혼합 수지의 외관 및 에나멜 권선을, 기존의 방식으로 PAI를 이용하여 제조된 혼합 수지의 외관 및 에나멜 권선과 비교하여 찍은 사진이다(기존: PAI, 실시예 4: PAI + Sepiolite 0.5 wt%).
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
대조예 1 내지 11
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건 하에서, 폴리아미드이미드(PAI) 수지 등에 실란 혹은 다이메틸암모늄클로라이드로 표면처리 된 해포석을 교반하는 방법에 따라 수지와의 혼합성에 대조 실험을 수행하였다.
이때, 고속 교반은 18 m/s이상에서 High shear 를 줄 수 있도록, RPM 4500 이 최대치인 블레이드가 달린 하기의 교속 교반기를 사용하여 수행하였다.
고속 교반기: 1HP HOMOMIXER
- Motor: 방폭형 1HP, AC Motor, 1Phase, 220V, 60Hz
- Impeller: Rotor & Stator, SUS316L
Clearence 0.2 mm
또한, PAI 100 wt%을 기준으로 NMP 용제 사용의 경우 실란 혹은 다이메틸암모튬 클로라이드 표면처리된 Sepiolite를 를 NMP 용제에 1wt% 중량부로 섞어서 고속 교반 3600rpm 이상, 30분 이상으로 고속 교반 혹은 1000rpm의 일반교반(혼합량은 위와 동일), 볼밀 분산기 사용 후 일반 교반하는 합성 교만을 사용하였다(혼합량은 위와 동일).
NMP를 따로 사용하지 않을 경우 PAI 100 wt% 기준으로 실란 혹은 다이메틸암모튬 클로라이드 표면처리된 Sepiolite를 1 wt% 중량부 가루로 넣어 고속 분산을 수행하였다.
수지 용제 해포석 용해력/혼합성 교반방법
표면처리종류 투입량
대조예 1 PAI - - - 투명 -
대조예 2 - NMP 실란(silane) 고형분의 1% 층분리 고속교반
대조예 3 - NMP 다이메틸암모늄클로라이드
(Dimethyl Ammonium Chloride)		 고형분의 1% 층분리 고속교반
대조예 4 PAI - 실란(silane) 고형분의 1% 투명 고속교반
대조예 5 PAI - 다이메틸암모늄클로라이드
(Dimethyl Ammonium Chloride)		 고형분의 1% 투명 고속교반
대조예 6 PAI - 실란(silane) 고형분의 1% 시드보임 일반교반
대조예 7 PAI - 다이메틸암모늄클로라이드
(Dimethyl Ammonium Chloride)		 고형분의 1% 시드보임 일반교반
대조예 8 PAI - 실란(silane) 고형분의 1% 투명 합성교반
대조예 9 PAI - 다이메틸암모늄클로라이드
(Dimethyl Ammonium Chloride)		 고형분의 1% 시드보임 합성교반
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폴리아미드이미드(PAI) 수지 등에 실란 혹은 다이메틸암모늄클로라이드로 표면처리 된 해포석을 교반하는 방법에 따라 수지와의 혼합성에 차이가 있다. 기존 폴리아미드이미드 수지의 경우 첨가된 물질이 없어 투명한 상태인 반면에, 먼저 실란 및 다이메틸암모늄클로라이드로 표면처리된 해포석을 폴리아마이드이미드 용액에 1 wt% 첨가한 후 약 1000 rpm으로 일반 교반을 한 경우에 고르게 분산되지 않은 입자들이 육안으로 관찰되었다. 또한, 볼밀 분산기 사용후에 약 1000 rpm으로 교반을 수행하는 합성 교반의 경우에도, 실란 표면 처리된 해포석의 경우 입자가 육안으로 관찰되지 않고 층분리도 없지만, 다이메틸암모늄클로라이드 표면처리된 해포석의 경우는 입자가 육안으로 관찰되었다.
따라서, 본 발명에서와 같이 3600 rpm 이상으로 30분 이상으로 고속교반을 사용함으로써, 실란 및 다이메틸암모늄클로라이드 표면처리된 해포석 모두 폴리아미드이미드 용액 내에서 입자가 고르게 분산이 되는 것을 알 수 있다.
실시예 1
도 2의 b에 나타낸 바와 같은 방식으로, NMP용제에 폴리아미드이미드가 30 wt% 중합된 용액에 실란이 코팅된 해포석(Sepiolite, 세피올라이트)을 고형분의 0.5 wt% 함량으로 첨가하고 3600 rpm 이상으로 30분 이상 고속분산시켜 코팅액을 제조하였다.
이렇게 제조한 코팅액으로 실시예로 1 mm의 직경을 가지는 구리 도체에 18 ㎛ 두께로 코팅하여 코팅막이 형성된 에나멜 환동선을 제작하였다.
실시예 2 및 3
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실란이 코팅된 해포석의 투입량을 각각 고형분의 1 wt% 및 2 wt%로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅액을 제조하였다.
이렇게 제조한 코팅액으로 실시예로 1 mm의 직경을 가지는 구리 도체에 18 ㎛ 두께로 코팅하여 코팅막이 형성된 에나멜 환동선을 제작하였다.
실시예 4
도 2의 b에 나타낸 바와 같은 방식으로, NMP용제에 폴리아미드이미드가 30 wt% 중합된 용액에 다이메틸암모늄클로라이드가 코팅된 해포석을 고형분의 0.5 wt% 함량으로 첨가하고 고속분산시켜 코팅액을 제조하였다.
이렇게 제조한 코팅액으로 실시예로 1 mm의 직경을 가지는 구리 도체에 18 ㎛ 두께로 코팅하여 코팅막이 형성된 에나멜 환동선을 제작하였다.
실시예 5 및 6
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 다이메틸암모늄클로라이드가 코팅된 해포석의 투입량을 각각 고형분의 1 wt% 및 2 wt%로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 코팅액을 제조하였다.
이렇게 제조한 코팅액으로 실시예로 1 mm의 직경을 가지는 구리 도체에 18 ㎛ 두께로 코팅하여 코팅막이 형성된 에나멜 환동선을 제작하였다.
실험예
실시예 1 내지 6에 따라 제조된 에나멜 환동선에 대하여 다음과 같은 방법으로 밀착력 및 절연 파괴전압을 비교 평가하였다.
밀착성
밀착력 테스트는 기존 KS C 3107 피막 흠성 및 밀착력 테스트 조건 보다 더욱 가혹한 조건에서 테스트를 실시하였다. 각각 20%, 25%, 30% 신장한 후 도체 지름의 두배의 직경을 가지는 맨드릴에 10회 감았을 때 생기는 표면의 흠의 수를 각각 시편 3개로 평가하였다. 이러한 가혹 테스트 조건은 무기물 첨가됨에도 불구하고 피막의 유연성 및 밀착성을 보다 확고히 보기 위함이다.
절연 파괴전압
KS C 3006 기준을 따라 절연파괴전압 평가를 실시하였다.
상기 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 에나멜 환동선의 구성 및 이에 대한 물성 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 실시예
4		 실시예
5		 실시예
6
도체 구리 구리 구리 구리 구리 구리
Base 코팅액 PAI PAI PAI PAI PAI PAI
혼합
무기물		 종류 실란
표면 처리된 해포석		 실란
표면 처리된 해포석		 실란
표면 처리된 해포석		 다이메틸암모늄클로라이드표면 처리된 해포석 다이메틸아모늄클로라이드표면 처리된 해포석 다이메틸아모늄클로라이드표면 처리된 해포석
투입량(%) 0.5 1 2 0.5 1 2
교반속도(rpm) 3600 이상 3600 이상 3600 이상 3600 이상 3600 이상 3600 이상
코팅외관 선속(14m/min) 양호 양호 양호 양호 양호 양호
피막두께(한측)(mm) 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018
밀착성 TEST (10turn) 20%,
2D(2mm),
10turn		 시편 1 1 3 4 0 0 2
시편 2 1 2 3 0 1 1
시편 3 0 0 4 0 0 0
25%,
2D(2mm),
10turn		 시편 1 0 3 3 1 0 0
시편 2 0 1 4 0 0 4
시편 3 1 2 4 0 1 4
30%,
2D(2mm),
10turn		 시편 1 3 5 5 2 1 5
시편 2 4 2 5 1 2 4
시편 3 2 7 4 0 4 2
파괴전압(V) 시편 1 1500 3500 1000 2000 1500 1000
시편 2 1500 4500 500 3000 1000 1500
시편 3 2250 4000 1000 2500 1000 500
PAI: 폴리아미드이미드
실시예 1~6은 무기물 고속 교반을 적용함
혼합무기물 투입량은 고형분에 포함된 함량 wt%를 나타냄
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 유기물 코팅액에 표면 처리된 해포석을 고분산 처리하여 제조된 실시예 1 내지 6의 에나멜 환동선은 1차 코팅층이 없이 얇은 두께로도 매우 우수한 밀착력을 나타내며 절연파괴전압 역시도 현저히 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 특히, 본 발명에 따라 다이메틸암모늄클로라이드가 0.5 wt%을 분산시켜 만든 실시예 4의 폴라아미드이미드 에나멜 동선의 경우에, 외관이 깨끗하며 밀착성 테스트에서 신장 20% 및 25%에서 흠이 거의 없었고 신장 30%에서 흠이 최대 2회 관찰 되었다. 절연파괴 전압은 최대 3000 V가 측정되었다.
한편, 도 3에 상기 실시예 4에 따라 제조된 혼합 수지의 외관 및 에나멜 권선을, 기존의 방식으로 PAI를 이용하여 제조된 수지의 외관 및 에나멜 권선과 비교하여 찍은 사진을 나타내었다(기존: PAI, 실시예 4: PAI + Sepiolite 0.5 wt%). 도 3에서 실시예 4에 따른 에나멜 권선의 경우에, 에나멜 권선 표면이 거칠어지고 크랙이 발생하는 문제점 없이 기존의 수지 용액만을 처리한 에나멜 권선들과 동일한 외관 성능의 우수한 광택도, 표면조도 및 피막의 흠성을 나타냄을 알 수 있다. 특히, 실시예 4에 따라 폴리아미드이미드 30 wt% 용액에 다이메틸암모늄클로라이드로 표면처리 된 해포석 0.5 wt%를 첨가하여 고속분산한 후 혼합 수지의 외관을 보면, 기존의 폴리아미드이미드 수지와 같이 투명성을 유지하였고 해포석 입자가 눈에 보이지 않았다. 또한, 이러한 용액을 가지고 코팅을 실시하여 에나멜 권선을 제작할 때도, 기존의 폴리아미드이미드 코팅을 실시한 것과 비교시에도 광택도, 표면 조도 및 피막의 흠성 등 외관상의 평가 조건 모두 동일하게 만족함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 유기물 내에 기존 구형 실리콘 입자가 아닌 다공성 구조를 가지는 해포석(Sepiolite) 입자 표면에 실란(Silane) 혹은 다이메틸암모늄클로라이드(Dimethyl Ammonium Chloride)로 표면 처리한 입자를 첨가하여 고분산 처리한 후 코팅액을 사용하여 코팅막을 형성시킨 실시예 1 내지 6의 에나멜 환동선의 경우에 기존 소재 사용하여 만든 통상의 에나멜 환동선 대비하여 밀착성이 우수하고 두께가 44% 수준으로 얇으면서도 동시에 절연파괴전압은 최대 2배가 향상되었음을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 및 폴리아믹에시드로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 내열성 수지를 포함하는 용액에, 실란 또는 다이메틸암모늄 클로라이드로 표면처리된 해포석 나노 입자를 첨가하여 3600 rpm 이상으로 30분 이상 고속 분산시키는 단계를 포함하는 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해포석 나노 입자는 고형분의 0.1 내지 5 wt%의 함량으로 첨가하는 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 해포석 나노 입자는 비표면적이 230 내지 380 m2/g인 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 해포석 나노 입자의 크기는 50 내지 500 nm인 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내열성 수지 용액은 내열성 수지를 15 내지 45 wt%의 함량으로 포함하는 것인 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내열성 수지 용액은 N-메틸피롤리돈(NMP) 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 셀룰로브(cellusolve)류, 글리콜(glycol)류, 및 케톤(ketone)류로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기 용매를 포함하는 것인 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법.
KR1020150179500A 2015-12-15 2015-12-15 에나멜 권선용 유무기 하이브리드 다공성 절연 코팅액의 제조 방법 KR101807019B1 (ko)

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