KR20210079843A - 전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20210079843A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 접착 코팅 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리 에틸렌 아크릴레이트를 포함하고, 상기 폴리 에틸렌 아크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 65 내지 90 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 10 내지 35 중량% 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00017

[화학식 2]
Figure pat00018

Description

전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법 {ADHESIVE COATING COMPOSITION FOR ELECTRICAL STEEL SHEET, ELECTRICAL STEEL SHEET LAMINATE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE ELECTRICAL STEEL SHEET PRODUCT}
본 발명의 일 실시예는 전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예는 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 전기강판을 접착(체결)할 수 있는 융착층을 형성한 전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예는 전기강판 사이에 형성되는 융착층의 성분을 제어하여, 전기강판 간의 접착력을 향상시킨 전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 압연판 상의 모든 방향으로 자기적 특성이 균일한 강판으로 모터, 발전기의 철심, 전동기, 소형변압기 등에 널리 사용되고 있다.
전기강판은 타발 가공 후 자기적 특성의 향상을 위해 응력제거 소둔(SRA)을 실시하여야 하는 것과 응력제거 소둔에 의한 자기적 특성 효과보다 열처리에 따른 경비 손실이 클 경우 응력제거 소둔을 생략하는 두 가지 형태로 구분될 수 있다.
절연피막은 모터, 발전기의 철심, 전동기, 소형변압기 등 적층체의 마무리 제조공정에서 코팅되는 피막으로서 통상 와전류의 발생을 억제시키는 전기적 특성이 요구된다. 이외에도 연속타발 가공성, 내 점착성 및 표면 밀착성 등이 요구된다. 연속타발 가공성이란, 소정의 형상으로 타발가공 후 다수를 적층하여 철심으로 만들 때, 금형의 마모를 억제하는 능력을 의미한다. 내 점착성이란 강판의 가공응력을 제거하여 자기적 특성을 회복시키는 응력제거 소둔 과정 후 철심강판간 밀착하지 않는 능력을 의미한다.
이러한 기본적인 특성 외에 코팅용액의 우수한 도포 작업성과 배합 후 장시간 사용 가능한 용액 안정성 등도 요구된다. 이러한 절연피막은 용접, 크램핑, 인터락킹 등 별도의 체결방법을 사용하여야 전기강판 적층체로 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는, 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 전기강판을 접착(체결)할 수 있는 융착층을 형성한 전기강판 적층체 및 이의 제조 방법을 제공한다. 구체적으로 전기강판 사이에 형성되는 융착층의 성분을 제어하여, 전기강판 간의 접착력을 향상시킨 전기강판 접착 코팅 조성물, 전기강판 적층체, 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리 에틸렌 아크릴레이트를 포함한다.
폴리 에틸렌 아크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 65 내지 90 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 10 내지 35 중량% 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
(상기 화학식 1 및 화학식 2에서 R1 내지 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 나타내고, R8은 수소, 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 시클로 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로 아릴기, 할로겐 원자, 할로포르밀기, 카르보닐기, 알데히드기, 카르복실기, 에스터기, 아미드기, 시안산기, 이소시안산기, 니트릴기, 니트로기, 술포닐기, 술포기, 술피닐기, 아민, 히드록시기 또는 알콕시기를 나타낸다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여, 무기 입자를 3 중량부 미만 더 포함할 수 있다.
무기 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, MgO, ZnO, 및 ZrO2 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 폴리 에틸렌 아크릴레이트 1 몰에 대하여, 중화제를 0.5 내지 1.5 몰 더 포함할 수 있다.
중화제는 아민계 중화제 또는 알코올류계 중화제를 포함할 수 있다.
중화제는 기화점이 50 내지 150℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 pH값이 9.5 내지 12일 수 있다.
폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여 가교제를 0.1 내지 10 중량부 더 포함할 수 있다.
가교제는 비닐계 실란 커플링제 및 메타크릴옥시계 실란커플링제 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여, 경화제를 0.5 내지 2.5 중량부 더 포함할 수 있다.
경화제는 지방족 아민계, 방향족 아민계, 아미노 아민계, 또는 이미다졸계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 실리콘계 습윤 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 표면장력값이 25 내지 32N/m일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 적층체는 복수의 전기강판; 및 복수의 전기강판 사이에 위치하는 융착층;을 포함하고, 융착층은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리 에틸렌 아크릴레이트를 포함하고, 폴리 에틸렌 아크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 65 내지 90 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 10 내지 35 중량% 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00003
[화학식 2]
Figure pat00004
(상기 화학식 1 및 화학식 2에서 R1 내지 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 나타내고, R8은 수소, 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 시클로 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로 아릴기, 할로겐 원자, 할로포르밀기, 카르보닐기, 알데히드기, 카르복실기, 에스터기, 아미드기, 시안산기, 이소시안산기, 니트릴기, 니트로기, 술포닐기, 술포기, 술피닐기, 아민, 히드록시기 또는 알콕시기를 나타낸다.)
융착층의 두께는 0.1 내지 5㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 적층체의 제조 방법은 전기강판의 일면 또는 양면에 접착 코팅 조성물을 도포한 후, 경화시켜 접착 코팅층을 형성하는 단계; 및 접착 코팅층이 형성된 복수의 전기강판을 적층하고, 열융착하여 융착층을 형성하는 단계;를 포함한다.
접착 코팅층을 형성하는 단계에서 150내지 250℃의 온도에서 경화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기강판 사이에 형성되는 융착층의 성분을 제어하여, 전기강판 간의 접착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 접착 코팅 조성물의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 전기강판을 접착할 수 있어, 전기강판 적층체의 소음 및 진동 억제 효과가 더욱 우수하다.
도 1은 전기강판 적층체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판 적층체의 단면의 개략도이다.
도 3은 실시예 1에서 융착층의 성분을 분석한 FT-IR 데이터이다.
도 4는 실시예 1에서 융착층의 성분을 분석한 주사열분석 (Differential Calorimetry Scanning, DSC) 데이터이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 화합물 중 적어도 하나의 수소가 C1 내지 C30 알킬기; C1 내지 C10 알콕시기; 실란기; 알킬실란기; 알콕시실란기; 에틸렌옥실기 로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 의미한다.
상기 알킬기는 C1 내지 C20의 알킬기 일 수 있으며, 구체적으로 C1 내지 C6인 저급 알킬기, C7 내지 C10인 중급 알킬기, C11 내지 C20의 고급 알킬기일 수 있다.
예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4 개의 탄소원자가 존재하는 것을 의미하며 이는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
전형적인 알킬기에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리 에틸렌 아크릴레이트를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00005
[화학식 2]
Figure pat00006
(상기 화학식 1 및 화학식 2에서 R1 내지 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 나타내고, R8은 수소, 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 시클로 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로 아릴기, 할로겐 원자, 할로포르밀기, 카르보닐기, 알데히드기, 카르복실기, 에스터기, 아미드기, 시안산기, 이소시안산기, 니트릴기, 니트로기, 술포닐기, 술포기, 술피닐기, 아민, 히드록시기 또는 알콕시기를 나타낸다.)
폴리 에틸렌 아크릴레이트는 열융착시, 융착층을 형성하며, 전기강판 사이에 개재되어, 전기강판 사이에 접착력을 부여한다. 융착층이 전기강판 사이에서 접착력을 적절히 부여하지 못할 경우, 정밀하게 적층된 복수의 전기강판이 공정 진행 과정에서 어긋나게 된다. 적층 위치가 어긋나게 되면, 최종 제조된 전기강판 제품의 품질에 악영향을 주게 된다. 수지에 의해 열융착 이후, 접착력을 확보함으로써, 적층된 전기강판의 위치가 어긋나지 않도록 할 수 있다.
이 때, 유기 수지 중에서도 폴리 에틸렌 아크릴레이트를 사용할 경우 폴리에틸렌 수지의 용융점 이하의 온도에서는 결정에 의해 접착층 표면의 경도가 높아 가공공정 (Slitting, Stamping)상 접착층이 가공라인과의 마찰에 의한 손상을 최소화하고 용융점 이상의 온도에서는 접착층의 흐름성이 급속히 증가하여 접착력이 더욱 우수해진다. 또한 아크릴레이트는 수분산 코팅용액을 제조시에 물에 분산력이 우수한 특성을 가지고, 코팅 이후 전기강판 표면과의 계면접착력을 향상시킨다.
폴리 에틸렌 아크릴레이트는, 구체적으로 폴리에틸렌과 아크릴레이트가 코폴리머(Copolymer) 형태로 중합된 형태를 나타낸다. 이때, 앞서 예시된 폴리에틸렌은 융착층의 융착성, 절연성 및 표면특성을 개선하는 데 기여한다. 아크릴산 수지는 코팅용액을 수분산하고, 융착층과 무방향성 전기강판의 접착성을 개선하는데 기여한다. 더욱 구체적으로 폴리 에틸렌 아크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00007
[화학식 2]
Figure pat00008
화학식 1 및 화학식 2에서 R1 내지 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 나타내고, R8은 수소, 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 시클로 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로 아릴기, 할로겐 원자, 할로포르밀기, 카르보닐기, 알데히드기, 카르복실기, 에스터기, 아미드기, 시안산기, 이소시안산기, 니트릴기, 니트로기, 술포닐기, 술포기, 술피닐기, 아민, 히드록시기 또는 알콕시기를 나타낸다.
더욱 구체적으로 화학식 1 및 화학식 2에서 R1 내지 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내고, R8는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 할로겐 원자, 카르복실기 또는 히드록시기를 나타낼 수 있다. 더욱 구체적으로 R1 내지 R8은 수소일 수 있다.
폴리 에틸렌 아크릴레이트는 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량%에 대하여 화학식 1로 표시되는 폴리 에틸렌을 65 내지 90 중량% 및 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트 함량 10 내지 35 중량%를 포함한다. 폴리에틸렌이 너무 적으면, 융착성이 저하되어 응집파괴(Cohesive failure)가 발생할 수 있다. 폴리에틸렌이 반대로 너무 많으면 코팅 조성물의 수분산성 및 융착층과 전기강판의 접착성이 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 화학식 1로 표시되는 폴리 에틸렌을 70 내지 85 중량% 및 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트 함량 15 내지 30 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여, 무기 입자를 3 중량부 미만 더 포함할 수 있다. 무기 입자는 접착력 향상에 기여하여 더 첨가할 수 있다. 다만, 너무 많이 첨가되면 저온 융착성이 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 무기입자를 0.1 내지 2.5중량부 더 포함할 수 있다. 이 때 중량부란 폴리 에틸렌 아크릴레이트의 함량에 대한 상대적인 중량 비율을 의미한다.
무기 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, MgO, ZnO, 및 ZrO2 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
무기 입자는 평균 입자크기가 10 내지 50nm일 수 있다. 전술한 범위에서 적절한 분산성을 확보할 수 있다.
무기 입자는 폴리 에틸렌 아크릴레이트 내 일부 작용기에 치환될 수 있다. 무기 입자를 폴리 에틸렌 아크릴레이트에 결합시키지 않고, 단독으로 첨가할 경우, 무기 입자끼리 응집하며, 분산이 이루어지지 않게 된다. 폴리 에틸렌 아크릴레이트에 결합되었다는 의미는 폴리 에틸렌 아크릴레이트의 기능기에 무기 입자가 치환되어, 결합된 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여, 경화제를 0.5 내지 2.5 중량부 더 포함할 수 있다. 경화제는 접착 코팅층 표면의 반응성을 조절하는 역할을 한다. 경화제가 너무 적게 포함될 경우 융착층의 경화반응이 저하되어, 융착층 표면의 스티키(sticky)성이 열위해지는 문제가 발생할 수 있다. 반대로 경화제가 너무 많이 첨가될 경우 저온융착후 체결력이 열위질 수 있다. 더욱 구체적으로 경화제를 1 내지 1.5 중량부 더 포함할 수 있다.
경화제로는 지방족 아민계, 방향족 아민계, 아미노 아민계, 또는 이미다졸계를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Dicyandiamide를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 폴리 에틸렌 아크릴레이트 1 몰에 대하여, 중화제를 0.5 내지 1.5 몰 더 포함할 수 있다. 중화제는 조성물의 수분산 안정성을 확보하는 역할을 한다. 중화제가 너무 적게 포함될 시, 수분산 안정성이 저하될 수 있다. 반대로 너무 많이 포함될 시, 코팅 후 도막 밀착성이 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 중화제를 1 내지 1.5 몰 더 포함할 수 있다.
중화제로는 아민계 중화제 및 알코올류계 중화제 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 Triethylamine, 2-amino-2metyl-1-propanol 및 암모니아수 중 1종 이상을 사용할 수 있다.
중화제는 전기강판과 융착층과의 계면접착력 강화를 위해 코팅 건조과정에서 충분히 휘발될 필요가 있다. 따라서, 중화제의 기화점(Boiling Point)이 50 내지 150℃인 중화제를 사용할 수 있다. 기화점이 너무 높으면 잔류하는 중화제의 영향으로 융착층의 계면접착력이 저하될 수 있다.
조성물은 pH값이 9.5 내지 12일 수 있다. 적절한 pH 범위를 가짐으로써, 전기강판과 융착층의 계면접착력이 강화된다. 구체적으로 전기강판 표면에 접착 코팅 조성물로 인한 미세에칭이 부여되어, 전기강판과 융착층의 계면접착력이 강화된다. pH값이 너무 낮으면 전술한 효과를 적절히 얻을 수 없다. pH값이 너무 높으면, 현장 생산시 용액탱크, 코터팬 등의 기존 코팅장비에 내구성저하가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 pH값이 10 내지 11일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 접착 코팅 조성물은 전기강판(10)과 융착층(20)의 계면접착력 강화를 위해 가교제를 더 포함할 수 있다. 가교제는 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부 포함할 수 있다. 가교제를 너무 적게 포함할 시 전기강판(10)과 융착층(20)의 계면접착력 강화 효과를 충분히 얻지 못할 수 있다. 가교제를 너무 많이 포함할 시, 가교제간 반응에 의해 접착코팅 조성물 내에 침전물이 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 가교제를 0.5 내지 5 중량부 포함할 수 있다.
가교제로는 비닐(vinyl)계 실란 커플링제 및 메타크릴옥시(methagcyloxy)계 실란커플링제 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 비닐계 실란 커필링제의 예로는 비닐트리 메톡시 실란(Vinyl trimethoxy silane), 비닐 트리에톡시 실란(Vinyl triethoxy silane) 등이 있을 수 있다. 메타크릴옥시계 실란커플링제로는 3-메타크릴옥시프로필 메틸디테녹시실란(3-Methacryloxypropyl methyldimethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란(3-Methacryloxpropyl trimethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 메틸디에톡시실란(3-Methacyloxypropyl methyldiethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 트리에톡시실란(3-Methacryloxpropyl triethoxysilane)이 있을 수 있다.
전기강판(10)과 융착층 (20)의 계면접착력 강화를 위해 접착 코팅 조성물에 실리콘계 습윤(Wetting) 첨가제를 더 첨가할 수 있다. 실리콘계 습윤(Wetting) 첨가제의 예로는 폴리에테르 개질된 폴리디메틸 실록산(Polyether-modified polydimethylsiloxane)이 될 수 있다. 실리콘계 습윤 첨가제는 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.5 중량부 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 코팅 조성물은 표면 장력값이 25 내지 32N/m일 수 있다. 표면 장력값이 너무 낮으면, 코팅 조성물이 적절한 두께로 도포 되지 못하여, 융착층(20)이 두께가 얇아질 수 있다. 표면 장력값이 너무 높으면, 코팅 조성물이 균일한 두께로 도포되기 어려울 수 있다. 더욱 구체적으로 표면 장력값이 28 내지 30N/m일 수 있다. 이 때, 표면 장력값은 DuNouy Ring방식으로 측정될 수 있고, 온도 기준은 25 ℃이다.
전술한 성분외에 접착 코팅 조성물은 도포를 용이하고 성분들을 균일하게 분산시키기 위해 용매를 포함할 수 있다. 용매로는 물, 알코올 등을 포함할 수 있다. 용매는 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여 1 내지 20중량부 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 전기강판 적층체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 적층체는 복수의 전기강판; 및 복수의 전기강판 사이에 위치하는 융착층;을 포함한다. 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 적층체의 모식도를 나타낸다. 도 1에서 나타나듯이, 복수의 전기강판이 적층되어 있는 형태이다.
도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판 적층체의 단면의 개략도를 나타낸다. 도 2에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 적층체(100)은 복수의 전기강판(10); 및 복수의 전기강판 사이에 위치하는 융착층(20);을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판 적층체는, 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 방법을 사용하지 않고, 단순히 전술한 접착 코팅 조성물을 사용하여 융착층을 형성함으로써, 서로 다른 전기강판을 열융착시킨 적층체일 수 있다.
이때, 전기강판 적층체는, 열융착 후에도 고온 접착성 및 고온 내유성이 우수한 특성이 있다.
이하에서는 각 구성별로 상세하게 설명한다.
전기강판(10)은 일반적인 무방향성 또는 방향성 전기강판을 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 복수의 전기강판(10) 사이에 융착층(20)을 형성하여, 전기강판 적층체(100)을 제조하는 것이 주요 구성이므로, 전기강판(10)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
융착층(20)은 복수의 전기강판(10) 사이에 형성되며, 복수의 전기강판(10)을 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 접착할 수 있을 정도로 접착력이 강하다.
전기강판(10) 및 융착층(20)의 계면에서의 조도(산술평균 조도, Ra)는 0.1 내지 0.4㎛이 될 수 있다. 전술하였듯이, 접착 코팅 조성물의 pH 값을 조절함으로써, 전기강판(10) 및 융착층(20)의 계면에서의 조도를 부여할 수 있다. 조도를 부여함으로써, 전기강판(10) 및 융착층(20)의 접착?r을 향상시킬 수 있다. 다만, 조도가 너무 클 시, 적층체(100)의 점적율이 낮아질 수 있다.
융착층(20)은 접착 코팅 조성물을 표면에 코팅하고, 경화시켜 접착 코팅층을 형성하고, 이를 적층하여 열융착하여 융착층(20)을 형성한다. 접착 코팅층이 형성된 복수의 전기강판(10)을 적층하고 열융착하면, 접착 코팅층 내의 수지 성분이 열융착하게 되어, 융착층을 형성하게 된다. 이러한 융착층은 유기물의 주성분에 소량의 무기 금속 화합물이 포함되어 있다. 융착층 내에서 유기물내에 무기물 성분이 균일하게 분산되어 미세상을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에서 융착층(20)은 폴리 에틸렌 아크릴레이트를 포함한다. 폴리 에틸렌 아크릴레이트에 대해서는 접착 코팅 조성물과 관련하여 상세히 전술하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다. 융착층 형성 과정에서 폴리 에틸렌 아크릴레이트는 그대로 잔존한다. 또한, 무기 입자, 가교제, 습윤 첨가제도 잔존하며, 그 함량 범위도 동일할 수 있다.
따라서, 융착층은 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부, 무기 입자를 3 중량부 미만, 가교제를 0.1 내지 10 중량부 및 실리콘계 습윤 첨가제를 0.01 내지 0.5 중량부 포함할 수 있다. 중화제는 경화 및 열융착 과정에서 증발하여 융착층(20) 내에는 잔존하지 않는다.
융착층 (20)의 두께는 0.1 내지 5㎛일 수 있다. 융착층 두께가 너무 얇으면 접착력이 급격히 저하될 수 있고, 너무 두꺼우면 코팅 권취후에 Stikcy성에 의한 결함이 문제가 된다. 더욱 구체적으로 융착층 (20)의 두께는 2 내지 3㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 적층체의 제조 방법은 전기강판의 일면 또는 양면에 접착 코팅 조성물을 도포한 후, 경화시켜 접착 코팅층을 형성하는 단계; 및 접착 코팅층이 형성된 복수의 전기강판을 적층하고, 열융착하여 융착층을 형성하는 단계;를 포함한다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 접착 코팅 조성물을 준비한다. 접착 코팅 조성물에 대해서는 전술하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
다음으로, 접착 코팅 조성물을 전기강판의 표면에 코팅한 후, 경화시켜 접착 코팅층을 형성한다. 이 단계는 접착 코팅 조성물의 경화를 위해 150 내지 250 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
접착 코팅층이 형성된 복수의 전기강판을 적층하고, 열융착하여 융착층(20)을 형성한다. 열융착하는 단계를 통해 접착 코팅층 내의 고분자 성분들이 열융착하고, 융착층을 형성하게 된다.
열융착하는 단계는 150 내지 250℃의 온도 0.05 내지 5.0 Mpa의 압력 및 0.1 내지 120 분의 가압 조건으로 열융착할 수 있다. 상기 조건은 각각 독립적으로 만족할 수 있으며, 2 이상의 조건을 동시에 만족할 수도 있다. 이처럼 열융착하는 단계에서의 온도, 압력, 시간 조건을 조절함으로써, 전기강판 사이에, 갭이나, 유기물상 없이, 조밀하게 열융착될 수 있다.
열융착하는 단계는 승온 단계 및 융착 단계를 포함하고, 승온 단계의 승온속도는 10℃/분 내지 1000℃/분이 될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예, 이에 대비되는 비교예, 및 이들의 평가예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
무방향성 전기강판(50 X 50 mm, 0.35mmt)을 공 시편으로 준비하였다. 접착 코팅 용액을 Bar Coater 및 Roll Coater 이용하여 각 준비된 공 시편에 상부와 하부에 일정한 두께로 도포하여 판온기준 200℃에서 20초간 경화한 후 공기 중에서 천천히 냉각시켜, 접착 코팅층을 형성하였다.
접착 코팅 조성물은 하기 표 1에 정리한 폴리에틸렌 아크릴산 100 중량부, 중화제(Triethylamine)를 폴리에틸렌 아크릴산에 대하여 1몰, 가교제(Vinyltrimethoxysilane) 5 중량부, 경화제(Dicyandiamide) 1.5 중량부, 실리콘계 wetting 첨가제(Polyether-modified polydimethylsiloxane) 0.1 중량부 포함하였다.
폴리에틸렌 및 아크릴 산은 하기 화학식으로 표시된다.
Figure pat00009
Figure pat00010
접착 코팅층이 코팅된 전기강판을 높이 20mm로 적층한 후, 0.1MPa의 힘으로 가압하여 120℃, 10 분 동안 열융착하였다. 열융착층의 성분 및 열융착된 전기강판의 접착력을 전단면 인장법에 의해 접착력을 측정하여 하기 표 1에 정리하였다. 열융착후 융착층의 두께는 약 3㎛였다.
그 구체적인 평가 조건은 다음과 같다.
접착력 : 박리법 (T-Peeloff) 측정을 위한 시편 규격은 ISO 11339에 의거하여 제작하였다. 25 x 200mm 시편 두장을 25 x 150mm2의 면적으로 접착 한 후 미 접착부위를 90로 bending하여 T형태의 인장시편을 제작하였다.
박리법(T-Peeloff)으로 제작된 시편을 상/하부 지그(JIG)에 일정 힘으로 고정시킨 후 일정 속도로 당기면서 적층된 샘플의 인장력을 측정하는 장치를 사용하여 측정하였다. 이때, 전단법의 경우 측정된 값은 적층된 샘플의 계면 중에서 최소 접착력을 가진 계면이 탈락하는 지점을 측정하였다. 가열장치를 통해 시편의 온도를 60℃로 유지한 후 접착력을 측정하였다.
수분산 안전성 : 코팅 용액을 60℃에서 72hr 유지하면서 침전물 형성을 육안으로 관찰하였다.
Sticky성 : 접착 코팅층이 코팅된 전기강판을 높이 20mm로 적층한 후, 1MPa의 힘으로 가압하여 70℃, 30 분 동안 열융착 후 강판을 탈락시켰을 때 접착에 의한 흔적으로 Sticky성의 유무를 판단한다.
구분 융착층 수지종류 폴리에틸렌 아크릴산 중 함량 (중량%) 수분산
안정성		 박리접착력 (N/mm)
폴리에틸렌
아크릴산
수지		 에폭시
고분자
 에틸렌 아크릴산
실시예1 O - 70 30 O 5
실시예2 O - 85 15 O 4
비교예1 - O - - O 1.5
비교예2 O - 60 40 O 1
비교예3 O - 95 5 x 0.3
표 1에 나타나듯이, 실시예 1 내지 실시예 2와 같이, 융착층 수지를 폴리에틸렌 아크릴산 수지를 사용하고 이에 포함된 에틸렌과 아크릴산의 함량비가 적절히 조절된 경우, 우수한 박리접착력을 보였다.
비교예 1은 폴리에틸렌 아크릴산 수지 대신 에폭시 수지를 사용한 경우, 박리접착력이 열위함을 확인할 수 있다.
비교예 2는 폴리에틸렌 아크릴산 수지 중 에릴렌 함량비가 다소 낮은 경우 박리접착력이 열위함을 확인할 수 있다.
비교예 3은 폴리에틸렌 아크릴산 수지 중 아크릴산 함량비가 낮은 경우 박리접착력이 열위할 뿐 아니라, 수분산 안정성도 열위함을 확인할 수 있다.도 3 및 도 4에서는 실시예 1에서 제조한 융착층의 FT-IR 데이터 및 주사열분석 데이터를 나타내었다.
도 3의 1700cm-1 부근에서 피크가 관찰되는데 이는 폴리 에틸렌 아크릴레이트에서의 -COOH 구조를 나타내며, 그 면적을 통해 비율을 확인할 수 있다. 또한, 도3에서 2850cm-1 부근과, 2920cm-1 부근에서 피크가 관찰되는데 이는 폴리 에틸렌 아크릴레이트에서의 -CH2 구조를 나타내며, 그 면적을 통해 비율을 확인할 수 있다.
한편 도 4에서 폴리에틸렌 아크릴레이트의 결정구조의 용융에 의한 피크를 80℃ 부근에서 확인 할 수 있다. 또한 1st scan에서는 45℃에서 선명한 피크를 확인하였으나, 2nd Scan에서는 이 Peak가 확연히 줄어드는 것을 확인 할 수 있는데, 이는 폴리에틸렌 아크릴레이트의 정렬된 구조에서 나타나는 피크로 확인 할 수 있다.
실험예 2
전술한 실험예 1과 동일하게 실시하되, 접착 코팅 조성물 내의 가교제 종류 및 함량을 변경하면서 실시하였다.
구분 실란커플링제
종류		 함량
(중량부)		 수분산
안정성		 박리접착력 (N/mm)
실시예1 Vinyltrimethoxy silane 5 O 5
실시예3 3-Methacryloxypropyl methyldimethoxy silane 0.5 O 4
비교예4 - 0 X 1.2
비교예5 3-Isocyanatepropyl triethoxy silane 1 O 1.5
비교예6 p-Styryltrimethoxy silane 1 O 1.2
비교예7 Vinyltrimethoxy silane 15 X 5
표 2에서 나타나듯이, 실시예 1 및 실시예 3과 같이, 가교제 종류 및 함량이 적절한 경우 용액 안정성 및 박리 접착력이 우수한 결과를 보였다.
비교에 4에서 가교제가 첨가되지 않은 경우, 용액 안정성이 열위되고, 박리 접착력도 열위되었다.
비교예 5 및 6에서는 비닐계 또는 메타크릴계 실란을 사용하지 않고, Isocynate계, Styryl계 실란 커플링을 사용하여, 박리접착력이 일부 열위되었다.
비교예 7은 가교제가 너무 많이 첨가되어, 용액 안정성이 열위함을 확인할 수 있다.
실험예 3
전술한 실험예 1과 동일하게 실시하되, 경화제의 함량 및 코팅층두께를 하기 표 3와 같이 변경하여 실시하였다.
구분 경화제
(중량부)		 코팅층 두께
(㎛)		 박리접착력 (N/mm) Sticky성
실시예 1 1.5 3 5 0
실시예 4 0.5 3 4 0
비교예 8 0 3 5 X
비교예 9 2 0.5 0.4 0
비교예 10 1 10 6 X
표 3에서 나타나듯이, 실시예 1 및 실시예 4와 같이, 경화제 첨가 및 코팅층 두께가 적절한 경우 박리접착력이 우수하고, Sticky성도 우수한 결과를 보였다.
비교예 8에서 경화제가 첨가되지 않은 경우 박리접착력은 우수하나 Sticky성이 열위함을 알수 있다.
비교예 9에서 경화제가 과량으로 첨가되고 코팅두께가 얇은 경우 박리접착력이 열위함을 확인할 수 있다.
비교예 10에서 코팅두께가 높은 경우 Sticky성이 열위함을 확인 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 전기강판 적층체 10 : 전기강판
20 : 융착층

Claims (15)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리 에틸렌 아크릴레이트를 포함하고,
    상기 폴리 에틸렌 아크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 65 내지 90중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 10 내지 35 중량% 포함하는 전기강판 접착 코팅 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00011

    [화학식 2]
    Figure pat00012

    (상기 화학식 1 및 화학식 2에서 R1 내지 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 나타내고, R8은 수소, 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 시클로 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로 아릴기, 할로겐 원자, 할로포르밀기, 카르보닐기, 알데히드기, 카르복실기, 에스터기, 아미드기, 시안산기, 이소시안산기, 니트릴기, 니트로기, 술포닐기, 술포기, 술피닐기, 아민, 히드록시기 또는 알콕시기를 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리 에틸렌 아크릴레이트 1 몰에 대하여,
    중화제를 0.5 내지 1.5 몰 더 포함하는 전기강판 접착 코팅 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중화제는 아민계 중화제 또는 알코올류계 중화제를 포함하는 전기강판 접착 코팅 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 중화제는 기화점이 50 내지 150℃인 전기강판 접착 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 pH값이 9.5 내지 12인 전기강판 접착 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여
    가교제를 0.1 내지 10 중량부 더 포함하는 전기강판 접착 코팅 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가교제는 비닐계 실란 커플링제 및 메타크릴옥시계 실란커플링제 중 1종 이상을 포함하는 전기강판 접착 코팅 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리 에틸렌 아크릴레이트 100 중량부에 대하여
    경화제를 0.5 내지 2.5 중량부 더 포함하는 전기강판 접착 코팅 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경화제는 지방족 아민계, 방향족 아민계, 아미노 아민계, 또는 이미다졸계를 포함하는 전기강판 접착 코팅 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    실리콘계 습윤 첨가제를 더 포함하는 전기강판 접착 코팅 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 표면장력값이 25 내지 32N/m인 전기강판 접착 코팅 조성물.
  12. 복수의 전기강판; 및
    상기 복수의 전기강판 사이에 위치하는 융착층;을 포함하고,
    상기 융착층은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리 에틸렌 아크릴레이트를 포함하고,
    상기 폴리 에틸렌 아크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 65 내지 90 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 10 내지 35 중량% 포함하는 전기강판 적층체.
    [화학식 1]
    Figure pat00013

    [화학식 2]
    Figure pat00014

    (상기 화학식 1 및 화학식 2에서 R1 내지 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 나타내고, R8은 수소, 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 시클로 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로 아릴기, 할로겐 원자, 할로포르밀기, 카르보닐기, 알데히드기, 카르복실기, 에스터기, 아미드기, 시안산기, 이소시안산기, 니트릴기, 니트로기, 술포닐기, 술포기, 술피닐기, 아민, 히드록시기 또는 알콕시기를 나타낸다.)
  13. 제12항에 있어서,
    상기 융착층의 두께는 0.1 내지 5㎛인 전기강판 적층체.
  14. 전기강판의 일면 또는 양면에 접착 코팅 조성물을 도포한 후, 경화시켜 접착 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착 코팅층이 형성된 복수의 전기강판을 적층하고, 열융착하여 융착층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 접착 코팅 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리 에틸렌 아크릴레이트를 포함하고,
    상기 폴리 에틸렌 아크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 65 내지 90 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 10 내지 35 중량% 포함하는 전기강판 적층체의 제조 방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00015

    [화학식 2]
    Figure pat00016

    (상기 화학식 1 및 화학식 2에서 R1 내지 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 나타내고, R8은 수소, 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 시클로 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로 아릴기, 할로겐 원자, 할로포르밀기, 카르보닐기, 알데히드기, 카르복실기, 에스터기, 아미드기, 시안산기, 이소시안산기, 니트릴기, 니트로기, 술포닐기, 술포기, 술피닐기, 아민, 히드록시기 또는 알콕시기를 나타낸다.)
  15. 제14항에 있어서,
    상기 접착 코팅층을 형성하는 단계에서 150내지 250℃의 온도에서 경화시키는 전기강판 적층체의 제조 방법.
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