KR20190075769A - 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 ptfe 코팅액 및 그 제조방법 - Google Patents

그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 ptfe 코팅액 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피코팅재에 내마모성, 내소착성, 내열성 및 윤활성이 우수한 표면 처리를 위한 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액 및 그 제조방법{PTFE coating solution with Graphene or Graphene-oxide}
본 발명은 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피코팅재에 내마모성, 내소착성, 내열성 및 윤활성이 우수한 표면 처리를 위한 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액 및 그 제조방법에 관한 것이다.
그래핀은 탄소재료 중 가장 높은 열전도율과 비표면적 등을 갖고 있는 소재이다. 최근 개발되어진 신소재 그래핀은 아직 기술적 활용을 통해 산업적 적용 분야가 많이 알려지지 않은 소재이다.
PTFE는 우수한 열전도성, 마찰특성, 내화학성, 발수성, 절연성 등 물리화학적으로 우수한 성질을 지니고 있으며, 용액으로 제조하여 금속, 무기물, 섬유 등에 코팅하면 PTFE 성질을 그대로 이용할 수 있다.
PTFE 코팅은 일반적으로 투-코트(two-coat) 방식을 가장 많이 사용하고 있으며 필요에 따라 포-코트(four-coat) 방식까지 사용한다. 이 제품은 불소수지 중에서 사용 온도가 가장 높으며(290℃), 마찰계수가 극히 작고, 내마모성 및 내화학성이 우수하다. PTFE 코팅은 주로 액상제품으로 공급되고 있다.
PTFE 코팅의 특성은 다음과 같다: PTFE 코팅에는 거의 모든 물질이 달라붙지 않는다. 접착성이 아주 강한 재료의 경우에도 대부분 쉽게 분리된다. 또한, PTFE 코팅의 마찰계수는 부하, 미끄러지는 속도, 사용된 테프론 코팅 종류에 따라 다르나 일반적으로 0.05 ~ 0.20 정도다. 또한, PTFE 코팅의 표면은 물이나 기름이 잘 묻지 않기 때문에 청소가 용이하며 많은 경우 자동적으로 청결이 유지된다. 또한, PTFE 코팅은 최고 290까지 연속 사용이 가능하며, 적절한 통풍 조건하에서는 최고 315까지도 간헐적으로 사용할 수 있다. 또한, PTFE 코팅은 광범위한 주파수대에 걸쳐 높은 절연성, 낮은 손실률 및 높은 표면 저항을 가지고 있다. 또한, 특수 기술로서 도전성을 부여하여 정전기 방지용 코팅제도 있다. 또한, PTFE 코팅은 극히 낮은 온도에서도 물리적 특성을 잃지 않는다. 코팅의 최저 사용 온도는 -270℃이다. 또한, PTFE 코팅은 일반적으로 화학적 환경에 영향을 받지 않는다. 코팅에 영향을 미치는 것으로 알려진 화합물은 용융 알카리 금속과 고도의 반응성을 지닌 불소계 화합물뿐이다.
PTFE 코팅은 상기 기재된 바와 같은 독특한 특성을 지니고 있어서 어떤 부품의 표면에도 사용할 수 있다. 즉 유연한 클러치 작동, 내마모성이 증대된 밸브, 코일 스프링의 소음 방지 등 다양한 응용이 가능하다. 또한 적절한 장치를 통해 너트의 암 나사부분과 같이 기하학적으로 복잡한 부분에까지 응용할 수 있다.
이러한 PTFE 코팅이 적용되는 구체적인 재료로는, 내마모성 기계부품, 자동차 부품, 포장기계, 자동판매기 부품 등; 내식성 볼트, 식기, 세척기, 건조기, 칼, 식품, 섬유, 제지용 부품, 정원용 가위 등; 비점착 합판 금형, 신발 금형, 타이어 금형, 압출기, 섬유 절단기용 드럼, 커터, 정원용 가위, 다리미, 산업용 롤러, 사무 자동화 기기의 롤러 등; 얼음부착방지 스키용품, 제빙 기계 등; 방수를 위한 기름제거 식품, 섬유, 제지, 공구, 전자 부품 등; 윤활용의 낮은 마찰계수 광학기계, 섬유제지 등의 안내 로울러, 자동차부품, 자동판매기 부품 등; 내화학 용도, 부식 방지, 부식성 화합물을 사용하는 반도체, 화학, 식품, 섬유, 제지 공업의 기계 설비 등; 전기관계 용도, 절연용 애자, 단자판 등의 각종 전기 용품 및 정밀 전기 부품 등; 정전기 방지 분체용기, 제지, 섬유용 롤러, O/A 기기 부품 등; 식품 공업용 비점착 빵, 아이스크림, 설탕, 제과, 고기류, 밀가루 등에 사용되는 각종 용기 및 소성 용기, 운반 용기, 식품용 롤러, 떡기계 등이 있다.
따라서, PTFE를 그래핀 또는 그래핀 산화물과 조합하여 생성되는 PTFE-그래핀/그래핀 산화물 현탁액은 고성능 탄소재료의 특성과 PTFE 특성이 결합되어 우수한 코팅용액일 것으로 기대된다.
일본공개특허 특개평8-199327호
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제를 해결하기 위하여, 소수성 재료인 PTFE, 그래핀 등이 균일하게 분산된 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또한 본 발명은 피코팅재에 내마모성, 내소착성, 내열성 및 윤활성이 우수한 표면 처리를 위한 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액 및 그 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액은 PTFE 25 내지 60 중량%, 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말 4.5 내지 5.5 중량%, 계면활성제 0.1 내지 5 중량% 및 잔부는 수성용매로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액에 있어, 상기 수성용매는 증류수, 탈이온수, 정제수, 수돗물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액에 있어, 상기 계면활성제가 코코아미도프로필 베타인(Cocoamidopropyl Betaine), 헥사데실아민(Hexadecylamine), 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(Hexadecyltrimethylammonium bromide), 및 8-메토시피렌-1,3,6-트리설폰산 트리소듐 염(1)(8-Methoxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt (1))의 양이온 계면활성제; 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate), 소듐라우릴 설페이트(Sodium lauryl sulfate), 및 디소듐 라우릴 설포석시네이트(Disodium Lauryl Sulfosuccinate)의 음이온 계면활성제; OP 10(옥틸페놀 에테르: OCTYLPHENOL ETHER), TDA 10(트리데실 알콜 알콕실레이트: Tridecyl Alcohol Alkoxylate), TRITON X-400(옥틸페놀 에톡실레이트: octylphenol ethoxylate), TRITON X-405(옥틸페놀 에톡실레이트: octylphenol ethoxylate), TRITON X-100(옥틸페놀 에톡실레이트: octylphenol ethoxylate), MERPOL SH 계면활성제(에틸렌 옥사이드 축합물: ethylene oxide condensate), 및 IGEPAL DM-970(폴리옥시에틸렌 (150) 디노닐페닐 에테르: Polyoxyethylene (150) dinonylphenyl ether)의 비이온 계면활성제; 및 FC-5130, S-386, FC-4430, FC-4434, 및 FC-4432의 불소계 계면활성제 및 이들의 하나 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 계면활성제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액에 있어, 상기 PTFE 코팅액에 포함된 PTFE 및 그래핀 분말의 총 고형분 농도가 전체 코팅액의 30 중량% 내지 60 중량%인 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조하는 방법은 고형분 50 내지 70%의 PTFE 현탁액과, 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말을 계면활성제와 함께 수성용매 중에서 1000 내지 1500 RPM의 교반속도로 5시간 이상 동안 교반하여 균일하게 분산시키거나, 고형분 50 내지 70%의 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말 현탁액을 계면활성제와 함께 수성용매 중에서 1000 내지 1500 RPM의 교반속도로 5시간 이상 동안 교반하여 균일하게 분산시켜, 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조하는 방법에 있어, 상기 수성용매는 증류수, 탈이온수, 정제수, 수돗물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액으로 표면 코팅된 금속 재료 또는 무기 재료를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 재료 또는 무기 재료는 철강, 스테인레스, 알루미늄, 탄소, 또는 세라믹일 수 있다.
덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점 및 효과는 하기의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액은 PTFE, 그래핀 또는 그래핀 산화물, 계면활성제 및 용매의 각 조성에 따라 금속 재료 또는 무기 재료를 포함하는 피코팅재 표면에 대한 밀착성, 두께 균일성, 내마모성 등을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액은 스프링의 안정성 및 편이성을 증대시키고 스프링의 이음현상을 감소시키므로, 차량 시트용 스프링 등에 응용할 수 있으며, 지그재그(Zig Zag) 스프링 코팅공정, 차량 시트용 고성능 서스펜션 스프링 등의 제조기술에 응용될 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PTFE 코팅액 코팅 전후의 물방울의 표면 접촉각 사진이다. (a는 코팅 전, b는 코팅 후 사진이다)
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액은 PTFE(폴리테트라플루로에틸린), 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말, 계면활성제, 및 용매를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액은 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용으로 이용될 수 있다.
본 발명에서는 탄소재료 중 가장 높은 열전도율과 비표면적 등을 갖고 있는 소재인 그래핀 또는 그래핀 산화물을 PTFE와 조합사용하여 코팅용 현탁액을 제조함으로써, 코팅 막 형성을 위한 열처리 온도를 낮추면서도 우수한 기계적 성질을 가지는 코팅막을 제공할 수 있다.
상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액은 PTFE 25 내지 60 중량%, 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말 4.5 내지 5.5 중량%, 계면활성제 0.1 내지 5 중량% 및 잔부는 수성용매로 이루어질 수 있다.
상기 PTFE는 내마모성, 내열성, 윤활성 등의 향상을 위해 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액에 있어, 상기 PTFE는 코팅액 전체 중량 기준으로 25 내지 30 중량%로 포함된다. 이때, PTFE의 함량이 25 중량% 미만인 경우에는 그 함량에 따른 내마모성 및 윤활성 등의 개선효과가 미미하게 되는 한편, 60 중량%를 초과하는 경우에는 분산성 및 코팅성 등이 떨어질 수 있다.
상기 그래핀 분말은 윤활성 및 강도 보강 등을 위해 사용되는 것으로서 이 분야에서 통상적으로 사용하는 그래핀이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하나, 예를 들어 그래핀, 친수성 관능기로 표면처리된 그래핀, 그래핀 산화물(산화그래핀, GO로 불림) 등을 사용하는 것이 좋다. 상기 그래핀 분말은 특별히 제한하는 것은 아니나, 본 발명이 목적으로 하는 효과 달성을 위하여 평균 크기(lateral size)가 0.1 내지 5㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액에 있어, 상기 그래핀은 PTFE 코팅액 내에의 분산 안정성을 향상시키기 위해 그래핀 산화물 또는 하나 이상의 친수성 관능기로 표면처리된 그래핀 분말을 사용할 수 있다.
상기 친수성 관능기는 분산성을 향상시킬 수 있는 관능기라면 제한없이 사용할 수 있으며, 표면 처리 방법은 공지의 방법을 사용할 수 있다. COOH 또는 COO- 등과 같은 친수성 관능기로 직접 표면처리 할 수 있으며, 상기 친수성 관능기를 포함하는 계면활성제와 같은 다양한 화합물로도 치환하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액에 있어, 상기 그래핀 분말의 입자 크기가 너무 작은 경우 뭉침으로 인해 분산성이 떨어질 수 있고, 입자 크기가 너무 큰 경우에는 코팅층의 두께 균일성이 떨어질 수 있다. 이에 따라 상기 그래핀 분말은 코팅액 전체 중량 기준으로 4.5 내지 5.5 중량%로 포함된다. 이때, 상기 그래핀 분말의 함량이 4.5 중량% 미만인 경우, 그 함량의 사용에 따른 윤활성 및 강도 보강등의 개선효과가 미미할 수 있고, 5.5 중량%를 초과하는 경우에는 표면조도와 같은 표면특성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액에 있어, 상기 계면활성제는 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 불소계 계면활성제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 계면활성제를 포함할 수 있다.
상세하게, 상기 양이온 계면활성제는 코코아미도프로필 베타인(Cocoamidopropyl Betaine), 헥사데실아민(Hexadecylamine), 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(Hexadecyltrimethylammonium bromide), 및 8-메토시피렌-1,3,6-트리설폰산 트리소듐 염(1)(8-Methoxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt (1)) 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 음이온 계면활성제는 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate), 소듐라우릴 설페이트(Sodium lauryl sulfate) 및 디소듐 라우릴 설포석시네이트(Disodium Lauryl Sulfosuccinate)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 비이온 계면활성제는 옥틸페놀 에테르(OCTYLPHENOL ETHER, OP 10), 트리데실 알콜 알콕실레이트(Tridecyl Alcohol Alkoxylate, TDA 10), 옥틸페놀 에톡실레이트(octylphenol ethoxylate, TRITON X-100, TRITON X-400, TRITON X-405), 에틸렌 옥사이드 축합물(ethylene oxide condensate, MERPOL SH 계면활성제), 및 폴리옥시에틸렌 디노닐페닐 에테르(Polyoxyethylene (150) dinonylphenyl ether, IGEPAL DM-970)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것 일 수 있다.
또한, 상기 불소계 계면활성제는 F-(CF2-CF2)n(n은 3 내지 8의 범위를 가짐)으로 표현되는 퍼플루오르 알킬사슬(perfluoroalkyl chain)을 포함하는 계면활성제 또는 플루오린(fluorine)이 탄소(carbon)와 강력한 공유결합을 형성한 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 불소계 계면활성제의 구체적인 예로는 상품명 FC-5130, S-386, FC-4430, FC-4434, FC-4432 등으로 표현되는 계면활성제를 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액에 있어, 상기 PTFE 코팅액은 상기 성분들 이외에 수성용매를 포함할 수 있다. 이때 상기 수성용매는 증류수, 탈이온수, 정제수, 수돗물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조하는 방법을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조하는 방법에 있어, 고형분 50 내지 70%의 PTFE 현탁액과, 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말을 계면활성제와 함께 수성용매 중에서 1000 내지 1500 RPM의 교반속도로 5시간 이상 동안 교반하여 균일하게 분산시키거나, 고형분 50 내지 70%의 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말 현탁액을 계면활성제와 함께 수성용매 중에서 1000 내지 1500 RPM의 교반속도로 5시간 이상 동안 교반하여 균일하게 분산시켜, 상술한 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조하는 방법에 있어, 상기 수성용매는 증류수, 탈이온수, 정제수, 수돗물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액으로 표면 코팅된 금속재료 또는 무기재료를 제공한다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상술한 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 현탁액으로 표면 코팅되는 금속 재료 또는 무기 재료의 구체적인 예는 철강, 스테인레스, 알미늄, 탄소, 또는 세라믹일 수 있다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 여러 실시 형태 중 일 예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
제조예 1: 그래핀의 표면처리
그래핀[S2194, Graphene Industries사, 영국 또는 Graphene-P, 엔바로테크, 한국] 2g을 황산[Reagent grade 95~98%, Aldrich chemical, 미국] 8ml 및 질산[ACS Reagent 70%, Aldrich chemical, 미국] 22ml가 포함된 용액 250ml에 넣고, 15분간 초음파 장치[BANDELIN electronic사 SONOPULS HD2200, 독일]로 처리하여 교반하였다. 그 다음, 처리된 그래핀을 포함한 혼합용액을 110℃에서 기계식교반기[IKA사 RW20, 독일]를 이용하여 200rpm으로 24시간 동안 처리하였다. 그 다음, 물로 세척한 후 필터[Whatmann 6722-1001, 독일]로 6회에 걸쳐 필터링하여 pH를 약 6으로 맞추어 그래핀을 COOH 처리하였다.
제조예 2: 그래핀 산화물 분말 제조
그래파이트 4g와 질산나트륨 염 2g을 진한 황산 150ml에 넣고 잘 섞어준다. 이 혼합용액을 얼음물을 이용하여 0℃로 맞추고, 과망간산 칼륨 12g을 천천히 분말 상태로 넣어준다. 이 후 혼합용액의 온도를 상온으로 맞추어 준다. 그리고 혼합용액을 상온에서 약 90분 동안 유지시킨 후 300ml 증류수를 천천히 첨가한다. 반응하지 않고 남아있는 과망간산 칼륨(KMnO4)을 환원시키기 위하여 과산화수소수 10ml를 첨가하여 황화망간염으로 만들어 석출시켜 제거한다. 합성된 산화 그래파이트 및 그래핀을 포함하는 혼합용액을 증류수를 이용하여 세척하고 원심분리 한다. 이어 원심분리 시, 분리되는 맑은 용액의 pH가 대략 7이 될 때까지 세척 및 원심분리를 반복처리한다. 그리고, 맑은 용액의 pH가 대략 7이 되면, 상대적으로 탁한 용액을 따로 수집하여 그래핀 산화물 분말을 얻었다.
실시예 1 내지 5
고형분 60%의 PTFE 현탁액, 제조예 1에서 제조된 그래핀 분말, 음이온성 계면활성제로 소듐 도데실술페이트(SDS), 물을 원통형 용기에 넣고 1000 내지 1500 RPM의 교반속도로 5 시간 혼합하여 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 PTFE 코팅액을 제조하였다. 상세한 조성은 표 1에 수록하였다.
상기 제조된 PTFE 코팅액에 경강선(탄소강)을 함침한 후, 건조 및 열처리하였다. 열처리온도는 260℃이었다.
Figure pat00001
실시예 6 내지 10
고형분 60%의 PTFE 현탁액, 제조예 1에서 제조된 그래핀 분말, 제조예 2에서 제조된 그래핀 산화물 분말, 음이온성 계면활성제로 소듐 도데실술페이트(SDS), 물을 원통형 용기에 넣고 1000 내지 1500 RPM의 교반속도로 5 시간 혼합하여 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 PTFE 코팅액을 제조하였다. 상세한 조성은 표 2에 수록하였다.
상기 제조된 PTFE 코팅액에 경강선(탄소강)을 함침한 후, 건조 및 열처리하였다. 열처리온도는 260℃이었다.
Figure pat00002
측정예
상기 실시예들에서 제조된 PTFE 코팅액이 코팅된 경강선의 접촉각 사진을 도 1에 나타내었다. 도 1에 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 PTFE 코팅액이 코팅된 경강선은 상술한 PTFE가 포함된 코팅액으로 제조됨에 따라, 경강선 표면이 소수성을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 10의 경강선, 및 몰리브덴이 코팅된 경강선(비교예)의 표면조도, 이음 발생 여부, 코팅 두께를 측정하여 표 3에 수록하였다. 표면조도는 KS M ISO 8503에 따라 측정하였고, 이음발생 여부는 상기 경강선을 자동차 시트용 스프링 형태로 제조하고 상기 스프링에 PTFE 코팅액을 코팅시켜 제조한 후, 코팅된 스프링에 힘을 주기적으로 가하면서 이음발생 여부를 확인하였다. 코팅 두께는 KS M ISO 2808에 따라 측정하였다.
Figure pat00003
일반적으로 자동차 업계에서 관리하고 있는 몰리브덴 코팅과 관련하여, 표면 조도는 8.9~9.7 이다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상기 PTFE:그래핀분말 또는 PTFE:그래핀산화물분말 중량비가 10:1 내지 5:1 인 경우, 표면조도가 3.0(Ra) 이하까지 가능하다. 특히 그래핀 및 그래핀 산화물을 합한 혼합 그래핀분말의 중량비, 즉 PTFE:혼합 그래핀분말 중량비가 9:1 내지 6:1인 경우 표면조도가 2 이하까지 향상되었다.
또한 코팅 두께는 6 내지 15㎛에서 관리되고 있으며, 바람직하게는, 10㎛ 이하(세계 수준은 15㎛ 이하)에서 관리되고 있다. 본 발명에 따르면, 표면 조도 값이 몰리브덴에 비해서 월등히 우수함을 알 수 있다. 표면 조도값이 관리수준 이상 값이 나타나게 되면 이음발생으로 자동차 감성 품질에 악영향을 미친다.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 PTFE-그래핀 또는 PTFE-그래핀 산화물 코팅액을 사용함으로써, 종래기술에 비해서 저온에서 열처리함에도 불구하고, 우수한 표면조도 값를 지니는 코팅 막을 형성시킬 수 있음이 입증되었다.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명이 다양한 실시예에 대해서 설명되고 있지만, 본 발명은 그러한 실시예로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변화 및 변형이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (8)

  1. PTFE 25 내지 60 중량%, 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말 4.5 내지 5.5 중량%, 계면활성제 0.1 내지 5 중량% 및 잔부는 수성용매로 이루어지는, 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수성용매는 증류수, 탈이온수, 정제수, 수돗물 또는 이들의 혼합물인, 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 계면활성제가 코코아미도프로필 베타인(Cocoamidopropyl Betaine), 헥사데실아민(Hexadecylamine), 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(Hexadecyltrimethylammonium bromide), 및 8-메토시피렌-1,3,6-트리설폰산 트리소듐 염(1)(8-Methoxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt (1))의 양이온 계면활성제; 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate), 소듐라우릴 설페이트(Sodium lauryl sulfate), 및 디소듐 라우릴 설포석시네이트(Disodium Lauryl Sulfosuccinate)의 음이온 계면활성제; OP 10(옥틸페놀 에테르: OCTYLPHENOL ETHER), TDA 10(트리데실 알콜 알콕실레이트: Tridecyl Alcohol Alkoxylate), TRITON X-400(옥틸페놀 에톡실레이트: octylphenol ethoxylate), TRITON X-405(옥틸페놀 에톡실레이트: octylphenol ethoxylate), TRITON X-100(옥틸페놀 에톡실레이트: octylphenol ethoxylate), MERPOL SH 계면활성제(에틸렌 옥사이드 축합물: ethylene oxide condensate), 및 IGEPAL DM-970(폴리옥시에틸렌 (150) 디노닐페닐 에테르: Polyoxyethylene (150) dinonylphenyl ether)의 비이온 계면활성제; 및 FC-5130, S-386, FC-4430, FC-4434, 및 FC-4432의 불소계 계면활성제 및 이들의 하나 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 계면활성제를 포함하는, 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 PTFE 코팅액에 포함된 PTFE 및 그래핀 분말의 총 고형분 농도가 전체 코팅액의 30 중량% 내지 60 중량%인, 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액.
  5. 제 1항에 따른 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조하는 방법으로서,
    고형분 50 내지 70%의 PTFE 현탁액과, 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말을 계면활성제와 함께 수성용매 중에서 1000 내지 1500 RPM의 교반속도로 5시간 이상 동안 교반하여 균일하게 분산시키거나,
    고형분 50 내지 70%의 그래핀 및 그래핀 산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘인 그래핀 분말 현탁액을 계면활성제와 함께 수성용매 중에서 1000 내지 1500 RPM의 교반속도로 5시간 이상 동안 교반하여 균일하게 분산시켜, 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수성용매는 증류수, 탈이온수, 정제수, 수돗물 또는 이들의 혼합물인, 금속재료 또는 무기재료의 표면 코팅용 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액을 제조하는 방법.
  7. 제 1항에 따른 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함한 PTFE 코팅액으로 표면 코팅된 금속 재료 또는 무기 재료.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 금속 재료 또는 무기 재료는 철강, 스테인레스, 알루미늄, 탄소강, 또는 세라믹인 금속 재료 또는 무기 재료.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220169533A (ko) * 2021-06-21 2022-12-28 한국세라믹기술원 히트싱크용 탄소강 소재 및 그 제조방법
KR102628224B1 (ko) 2023-05-09 2024-01-23 주식회사 시엘 내화학성이 우수한 그래핀 코팅액 제조방법 및 그에 의해 제조된 그래핀 코팅액
CN117820940A (zh) * 2024-03-05 2024-04-05 成都石大力盾科技有限公司 一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08199327A (ja) 1995-01-27 1996-08-06 Taiho Kogyo Co Ltd 斜板式コンプレッサーの斜板

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08199327A (ja) 1995-01-27 1996-08-06 Taiho Kogyo Co Ltd 斜板式コンプレッサーの斜板

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220169533A (ko) * 2021-06-21 2022-12-28 한국세라믹기술원 히트싱크용 탄소강 소재 및 그 제조방법
KR102628224B1 (ko) 2023-05-09 2024-01-23 주식회사 시엘 내화학성이 우수한 그래핀 코팅액 제조방법 및 그에 의해 제조된 그래핀 코팅액
CN117820940A (zh) * 2024-03-05 2024-04-05 成都石大力盾科技有限公司 一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料及其制备方法
CN117820940B (zh) * 2024-03-05 2024-05-24 成都石大力盾科技有限公司 一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料及其制备方法

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