KR20190083465A - 전기차 배터리 셀 커버용 피씨엠 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 피씨엠 도장강판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기차 배터리 셀 커버용 피씨엠 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 피씨엠 도장강판에 관한 것으로서, 전기차에 장착되는 배터리 셀을 커버하는 도장강판에 적합한 피씨엠 도료 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 전기차 배터리 셀 커버용 도장강판을 제조하기 위한 피씨엠 도료 조성물에 있어서, 상기 피씨엠 도료 조성물은, 전체 조성물을 기준으로, 중량평균분자량 8,000 ~ 11,000 , 산값 2 이하, 유리전이온도 40 ~ 50℃인 에폭시 수지가 70 ∼ 80 중량%, 수지성분과 도막을 형성하기 위한 가교제가 5 ~ 20 중량%, 용제가 10 ~ 20 중량%, 레벨링제가 0.5 ~ 1.0 중량%, 소포제가 0.1 ~ 0.5 중량%, 안료가 0.5 ~ 1.0 중량% 함유되는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여 본 발명은, 전기차 배터리 셀 커버용 도장강판을 제조하기 위한 피씨엠 도료 조성물에 있어서, 상기 피씨엠 도료 조성물은, 전체 조성물을 기준으로, 중량평균분자량 8,000 ~ 11,000 , 산값 2 이하, 유리전이온도 40 ~ 50℃인 에폭시 수지가 70 ∼ 80 중량%, 수지성분과 도막을 형성하기 위한 가교제가 5 ~ 20 중량%, 용제가 10 ~ 20 중량%, 레벨링제가 0.5 ~ 1.0 중량%, 소포제가 0.1 ~ 0.5 중량%, 안료가 0.5 ~ 1.0 중량% 함유되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전기차 배터리 셀 커버용 피씨엠 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 피씨엠 도장강판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기자동차에 장착되는 배터리 셀을 커버하기 위한 알루미늄 판재에 피씨엠 도료 조성물을 도포하여, 내전압 특성 및 열전도도를 향상시킴과 동시에 우수한 물리적 기능을 갖도록 한 피씨엠 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 피씨엠 도장강판에 관한 것이다.
강판 도장 방식에는, 강판을 성형 가공한 후에 도장하는 포스트 코팅(Post-Coating) 방식과, 강판을 성형 가공하기 전에 도장하는 프리 코팅(Pre-Coating) 방식이 있다.
상기 포스트 코팅 방식은, 설비비가 저렴하고 소량 생산에 유리하지만 균일한 제품의 생산 및 대량 생산이 어렵다는 단점이 있다.
상기 프리 코팅 방식은, 균일한 제품을 생산할 수 있고 도료의 손실이 적으며 단시간 내에 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.
상기한 프리 코팅 방식으로 도장한 강판을 통상 피씨엠(Pre-Coated Metal) 강판이라 하고, 프리 코팅에 사용되는 도료를 피씨엠 도료라 부르고 있다.
현재의 피씨엠 도료는 대부분 하도와 상도의 2 코트 시스템(Coat System)을 채택하고 있으며, 일반적으로 도막두께 20 ~ 30㎛의 솔리드(Solid) 색상을 구현하고 있다.
상기한 2 코트 시스템은, 도막의 가공성과 외관 등의 물성을 고려한 것으로서, 현재까지 소비자의 요구에 부응할 수 있는 물성을 구현할 수 있는 최적의 피씨엠 도장방식으로 알려져 있다.
한편, 전기차에 장착되는 배터리 셀(Battery Cell)을 커버하기 위한 강판은, 일반 건자재용 피씨엠 강판과 달리, 고전압에 대한 내전압성, 양호한 열전도도 및 마찰계수가 요구되고 있다.
그런데 종래의 피씨엠 도료 조성물은, 내전압성과 같은 전기적 특성, 양호한 전기전도도 및 마찰계수를 충족할수 없다는 문제가 있다.
이에 따라 종래의 피씨엠 도료 조성물로는, 전기차에 장착되는 배터리 셀을 커버하는 강판에 적용하기가 부적합하다는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기차에 장착되는 배터리 셀을 커버하는 강판에 적합한 피씨엠 도료 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 외관, 가공성 및 부착성이 우수한 배터리 셀 커버용 피씨엠 도료 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 배터리 셀 커버용 피씨엠 도장강판이 우수한 내전압성, 양호한 전기 전도도 및 마찰계수를 갖도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전기차 배터리 셀 커버용 도장강판을 제조하기 위한 피씨엠 도료 조성물에 있어서, 상기 피씨엠 도료 조성물은, 전체 조성물을 기준으로, 중량평균분자량 8,000 ~ 11,000 , 산값 2 이하, 유리전이온도 40 ~ 50℃인 에폭시 수지가 70 ∼ 80 중량%, 수지성분과 도막을 형성하기 위한 가교제가 5 ~ 20 중량%, 용제가 10 ~ 20 중량%, 레벨링제가 0.5 ~ 1.0 중량%, 소포제가 0.1 ~ 0.5 중량%, 안료가 0.5 ~ 1.0 중량% 함유되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 에폭시 수지 분자구조 내에 BPA 및 ECH 모노머가 각각 25 ~ 35 중량% 함유되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가교제는, 우레아 수지를 단독으로 사용하여 에폭시 수지를 삼차원물질로 경화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전기차에 장착되는 배터리 셀을 커버하기 위한 강판의 제조에 적합한 피씨엠 도료 조성물을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한 우수한 내전압성, 양호한 전기전도도 및 마찰계수를 갖는 동시에, 외관, 가공성 및 부착성이 우수한 전기차 배터리 셀 커버용 피씨엠 도장강판을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 피씨엠 도장강판의 개략적인 단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전기차 배터리 셀 커버용 피씨엠 도장강판을 제조하기 위한 피씨엠 도료 조성물은, 전체 조성물을 기준으로, 중량평균분자량 8,000 ~ 11,000 , 산값 2 이하, 유리전이온도 40 ~ 50℃인 에폭시수지가, 70 ∼ 80 중량%, 수지성분과 도막을 형성하기 위한 가교제가 5 ~ 20 중량%, 용제가 10 ~ 20 중량%, 레벨링제가 0.5 ~ 1.0 중량%, 소포제가 0.1 ~ 0.5 중량%, 안료가 0.5 ~ 1.0 중량% 함유된다.
또한 에폭시수지 분자구조 내에 BPA 및 ECH 모노머가 각각 25 ~ 35 중량% 함유된다.
본 발명자는 우수한 내전압성, 전기전도도 및 마찰계수를 갖는 동시에, 외관, 가공성, 부착성을 만족시킬 수 있는 전기 자동차 배터리 셀 커버용 피씨엠 도료 조성물을 개발하기 위하여 연구 노력한 결과, 반응성이 풍부한 삼원환의 에폭시기(Epoxide)를 1분자 중에 2개 이상 갖고 있는 BPA 및 ECH를 콜드 블렌딩(Cold Blending)한 수지를 적용할 경우, 위 조건을 만족시킬 수 있음을 발견하였다.
특히 에폭시 분자구조 내에 BPA 및 ECH의 모노머를 각각 25 ~ 35 중량% 함유시킬 경우, 배터리 셀 커버용 강판에 적합 피씨엠 도료를 제조할 수 있었다.
본 발명에 따른 에폭시 수지는, 전기적 특성, 내열성, 내수성, 내약품성이 우수하고, 기계적 강도가 크며 치수안정성이 우수한 특징이 있다.
또한 본 발명에 따른 피씨엠 도료 조성물은, 일반 피씨엠 도료와 달리, 우수한 내전압성, 양호한 전기전도도를 갖는다.
이하 본 발명에 따른 피씨엠 도료 조성물의 각 성분에 대하여 설명한다.
<에폭시 수지>
본 발명에 사용되는 에폭시 수지는, 중량평균분자량 8,000 ∼ 11,000, 산값 2 mgKOH/g 이하, 유리전이온도(Tg) 40 ∼ 50℃인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 중량평균분자량이 11,000을 초과하게 되면 내구성이 저하되고, 8000 미만이 되면 도막의 가공성이 불량해진다.
또한 에폭시 수지의 유리전이온도가 40℃ 이하가 되면 부착력 및 경도가 저하되고, 50℃ 이상이 되면 도막이 경화되어 가공성이 나빠진다.
또한 도막의 가공성을 유지하기 위해, 에폭시 분자구조 내에 BPA 및 ECH 모노머를 각각 25 ~ 35 중량% 함유시키는 것이 바람직하다.
상기 BPA(Bisphenol-A)는 페놀과 아세톤을 촉매를 통해 축합 반응시켜 얻는 백색의 결정체로, 한 분자의 말단에 반응성이 우수한 두개의 하이드록실 그룹(Hydroxyl Group)을 가지고 있다.
또한 상기 ECH는, 에폭시 수지 생산에 필요한 출발 물질로서 반응기인 에폭시 링(Ring)을 가지고 있다.
여기서 상기 BPA와 ECH는, 콜드 블렌딩(Cold Blending)하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 콜드 블렌딩에 의하면, 연질의 기능을 가진 수지가 경질의 기능도 가지게 되고, 혼합비율을 적절히 조절하면 다기능의 특성을 갖도록 할 수 있다.
한편, 상기 BPA 모노머의 함량이 35 중량%를 초과하면 표면경도가 저하되고, 25 중량% 미만이 되면 도막의 가공성을 확보하기가 어렵게 된다.
또한 상기 ECH 모노머의 함량이 35 중량%를 초과하면 가공성이 저하되고, 25 중량% 미만이 되면 도막의 표면경도가 저하된다.
따라서 상기 BPA 및 ECH의 함량은 에폭시 수지에 대해 각각 25 ~ 35 중량%로 함유시키는 것이 바람직하다.
아래의 [표 1]은 본 발명에 따른 에폭시 수지의 실시예를 나타낸 것이고, [표 2]는 기존의 상도형 수지와 본 발명에 따른 에폭시 수지의 비교예를 나타낸 것이다.
| 항목 | 실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 | 실시예 4 | 비고 | |
| 알코올 (당량비,%) |
TMP | 5.0 | 5.0 | 3.0 | 3.0 | |
| NPG | 33~38 | 70~75 | 70~75 | 33~38 | ||
| MP-D | 33~38 | - | - | 33~38 | ||
| 산 (당량비,%) |
BPA | 30~40 | 15~25 | 30~40 | 15~25 | |
| ECH | 30~40 | 45~55 | 30~40 | 45~55 | ||
| 첨가제 | DBTO | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |
| 희석용제 | XYL/TOL/C-Acet/N-Buoh=15/15/35/35 | |||||
| 비중 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | ||
| 점도 | X~Y | X~Y | X~Y | X~Y | ||
| 고형분 | 40 | 40 | 40 | 40 | ||
| 산가 | 2이하 | 2이하 | 2이하 | 2이하 | ||
| 분자량 | 8000 ~ 11,000 | |||||
| NPG:네오펜틸글리콜, EG:에틸렌글리콜, 1,6HD:1,6헥산디올, PD:프로판디올 IPA:이소프탈산, TPA:테레프탈산, AA:아디핀산 점도:50% 용액(25℃ 가드너) 분자량: 중량평균분자량(GPC) |
||||||
| 기존 상도형 수지 | 본 발명의 EPOXY 수지 | |
| 고형분(%) | 65 | 40 |
| 점도 | Z-Z2 | X~Y |
| 분자량 | 5,000-7,000 | 8,000-11,000 |
| Tg | 30-35℃ | 40-50℃ |
위 [표 2]에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 에폭시 수지는, 기존의 상도형 수지와 비교할 때, 고형분이 낮고, 분자량 및 유리전이온도(Tg)는 높은 특징을 갖는다.
<가교제>
본 발명에서는 상기한 수지성분과 도막을 형성하기 위한 가교제로서, 우레아 수지를 단독으로 적용하여 에폭시 수지를 삼차원의 물질로 경화시켰다.
기존의 피씨엠 도료에서, 가교제로서 멜라민 수지를 단독으로 적용할 경우, 도막 강도는 우수하나, 도막의 가공성 및 부착성 등이 상대적으로 취약해진다.
반면에 우레아 수지를 단독으로 적용할 경우, 가공성 및 부착성은 우수하나 상대적으로 도막 경도가 저하되는 경향이 있다.
본 발명은 이러한 단점을 해결하기 위해, 에폭시 수지내의 모노머 비율을 조절하여 에폭시 수지를 삼차원의 물질로 경화시켰다.
이에 따라 내전압성 등의 전기적 특성 및 마찰계수를 향상시킬 수 있었다.
<용제>
본 발명의 도료 조성물은, 취급, 피복 작업 시의 특성 등을 고려하여 적당량의 유기 용제를 함유한다.
상기 유기용제로는, 방향족 탄화수소계, 글리콜 에스테르계, 글리콜 에테르계, 알코올계 용제 등을 적절히 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 방향족 탄화수소계 용제로는, SK사의 코코졸 #100, 코코졸 #150 등이 있다.
상기 글리콜 에스테르계 용제로는, 유니온 카바이드사의 에틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 아세테이트, 3-메톡시 부틸 아세테이트 등을 예로 들 수 있다.
글리콜 에테르계 용제로는, 유니온 카바이드 사의 메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 에틸에테르, 디에틸렌 글리콜부틸 에테르 등이 있다.
상기 알코올계 용제로는, 에탄올, 이소프로판올, n-부탄올, 아밀알콜, 사이클로 헥산올 등을 예로 들 수 있다.
상기한 용제는, 전체 도료 조성물에 대하여 30 ∼ 50 중량% 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.
<첨가제(레벨링제, 소포제 및 안료)>
본 발명에서는 도막 평활성을 유지하고 도장 작업시 소포성 향상을 위하여, 아크릴계나 폴리머계 또는 폴리에틸계 레벨링제와 소포제를 각각 0.5 ∼ 1.0 중량%함유시킨다.
이러한 레벨링제와 소포제로는, 구수모토 케미칼사의 디스파론 L-1980, 디스파론 L-1984, 디스파론 AP-30, BYK사의 BYK356, BYK410 등을 예로 들 수 있다.
또한 본 발명의 도료 조성물은, 안료를 함유하지 않는 투명 도료 조성물로 사용되는 것이 바람직하나, 착색 안료를 함유하여 도료 조성물로 사용할 수도 있다.
상기 착색 안료로는, 피복 조성물 분야에서 사용 가능한 티타늄 옥사이드 등을 함유시키거나, 카본블랙 등이 첨가될 수 있다.
그 외에 본 발명의 도료 조성물은, 활석, 점토, 실리카, 운모, 알루미나 등과 같은 체질안료, 충진제 등을 포함할 수 있다.
위 수지를 도료화하여 도료선정 시험을 수행하였으며, 아래의 [표 3]은 그 내용을 나타낸 것이다.
| 조성(중량%) | CELL COVER용 도료 | |||
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | |
| Epoxy 수지 | 50 | 70 | 90 | 100 |
| 실리카 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 이소시아네이트 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| 레벨링제 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| DBE | 12 | 8 | 6 | 4 |
| PMA | 3 | 7 | 9 | 11 |
| CYCLOHEXANONE | 2 | 2 | 2 | 2 |
| KOCOSOL 100 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| KOCOSOL 150 | 2 | 2 | 2 | 2 |
또한 0.3T의 AL 판재를 메틸에틸케톤으로 탈지하고, 실시예 1 ∼ 4의 도료를 건조 도막두께가 8㎛가 되도록 바 코팅한 뒤, 300℃의 분위기 온도에서 15초간 소부하여 물성 시험시편을 제조한 후, 물성을 평가하였다.
아래의 [표 4]는 그 평가결과를 나타낸 것이다.
| 조성(중량%) | CELL COVER용 도료 | |||
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | |
| 비중 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| 고형분 | 33 | 33 | 33 | 33 |
| 점도(sec/25'C) | 80 | 80 | 80 | 80 |
| 광택 | 90↑ | 90↑ | 90↑ | 90↑ |
| 경화도 | 20↓ | 20↓ | 20↓ | 20↓ |
| 연필경도 | 2H | 2H | 2H | 2H |
| 가공성 | △ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 부착성 | ◎ | ◎ | △ | △~× |
| PICK UP성 | ◎ | ◎ | ○~△ | △~× |
| 외관 평활성 | ○ | ◎ | △~× | × |
[표 4]에서 ◎는 아주 양호, ○는 양호, △는 보통, ×는 불량을 나타낸 것이다.
평가결과 에폭시 수지가 70 중량% 함유된 실시예의 2가, 가공성, 부착성, Pick Up성, 외관 평활성 모두에서 아주 양호한 결과를 나타내었다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
10: 소지강판
20: 전처리층
30: 상부 도막층
40: 이면 도막층
20: 전처리층
30: 상부 도막층
40: 이면 도막층
Claims (4)
- 전기차 배터리 셀 커버용 도장강판을 제조하기 위한 피씨엠 도료 조성물에 있어서,
상기 피씨엠 도료 조성물은, 전체 조성물을 기준으로,
중량평균분자량 8,000 ~ 11,000 , 산값 2 이하, 유리전이온도 40 ~ 50℃인 에폭시 수지가 70 ∼ 80 중량%,
수지성분과 도막을 형성하기 위한 가교제가 5 ~ 20 중량%,
용제가 10 ~ 20 중량%,
레벨링제가 0.5 ~ 1.0 중량%,
소포제가 0.1 ~ 0.5 중량%,
안료가 0.5 ~ 1.0 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 셀 커버용 도장강판을 제조하기 위한 피씨엠 도료 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 에폭시 수지 분자구조 내에 BPA 및 ECH 모노머가 각각 25 ~ 35 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 셀 커버용 도장강판을 제조하기 위한 피씨엠 도료 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 가교제는, 우레아 수지를 단독으로 사용하여 에폭시 수지를 삼차원 물질로 경화시키는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 셀 커버용 도장강판을 제조하기 위한 피씨엠 도료 조성물. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 피씨엠 도료 조성물에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 셀 커버용 피씨엠 도장강판.
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