KR20210114676A - 알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물 - Google Patents

알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기계적 특성을 향상시키기 위해 알루미늄 냉매 관 표면에 수지를 코팅하는 알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물에 관한 것으로 그 구성은, 주원료인 폴리프로필렌(Polypropylene), 이질적 재료 간의 결합력을 높임과 동시에 계면접착성을 향상시키는 커플링제(Coupling Agent), 상기 폴리프로필렌과 블렌딩 되어 수지코팅층의 충격을 보강하는 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer), 수지코팅층의 산화를 방지하는 산화산화방지제(anti-oxidant), 수지코팅층을 원하는 색상으로 연출시키는 안료(Pigment)로 조성된 것으로 이루어진다.

Description

알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물{Resin Coating Composite of Aluminium Refrigerant Tube}
본 발명은 기계적 특성이 약한 알루미늄 냉매 관의 표면에 수지 코팅하여 기계적 특성을 향상시킴과 동시에 냉매 관의 제조코스트(cost)를 낮춤으로 인하여 소비자의 경제적인 부담을 낮추고 사용수명을 연장할 수 있도록 한 알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기의 실외기와 실내기 간에 연결설치되어 고압의 냉매를 진행시키는 냉매 관은 주로 동관을 사용하고 있다. 그러나 상기와 같은 동관은 고가이기 때문에 소비자의 부담이 큰 문제점이 있다.
따라서 근래에는 상기의 문제점을 해소하고자 알루미늄 냉매 관을 사용하고 있으나, 상기의 알루미늄 냉매 관은 그 재질의 특성상 강도가 약하고 변형이 쉬우며 내식성과 보온성이 취약하여 사용수명이 짧은 문제점과 설치작업에 어려움이 있었다.
따라서 근래에는 상기의 문제점을 보완하고자 알루미늄 냉매 관의 표면에 수지를 코팅하여 강도를 향상시키고 내식성과 보온성을 높임은 물론 사용수명을 연장하고자 하고 있으나, 알루미늄 냉매 관과 수지간의 이질감으로 인하여 코팅이 정상적으로 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
한편, 상기 수분의 접촉이 많은 냉매 관은 알루미늄과 같은 활성이 강한 재료로 제작 시 부식이 쉽게 이루어지는 문제점이 있다. 따라서, 알루미늄을 내부식성이 높은 재료로 대체하여 냉매 관을 제조하거나 표면에 니켈 등으로 도금을 하여 냉매관을 제조하는 기술이 제안되고 있다.
그러나 상기의 기술은 내부식성이 높은 재료는 단가가 높아 비용의 증가가 발생되는 문제점이 있고, 또 니켈 도금은 도금이 벗겨질 경우 상당한 속도의 부식을 초래하는 문제점이 있다.
따라서 근래에는 부식이 일어나기 쉬운 금속의 표면에 코팅층 구조를 형성함으로써 금속의 부식속도를 현저히 낮출 수 있는 부식 방지 코팅층 구조를 한국공개특허 10-2015-0121426의 부식 방지 코팅층 구조 및 이의 제조방법에 제공되어 있고, 그 구성을 살펴보면 아래와 같다.
- 아 래 -
금속표면에 그래핀옥사이드가 분산된 수지 코팅층을 형성하거나, 금속표면에 티올계 부식방지층과, 그래핀옥사이드가 분산된 수지 코팅층을 형성하거나, 금속표면에 티올계 부식방지층과, 그래핀옥사이드 부식방지층과, 수지 보호코팅층을 형성하는 기술이 있다.
한국공개특허 10-2015-0121426(2015.10.29.) 한국등록특허 제10-1724577(2017.04.03.) 한국공개특허 제10-2010-0045338(2010.05.03.) 한국등록특허 제10-1733594(2017.04.28.)
본 발명은 상기의 종래 문제점을 해소하고 발명한 것으로, 그 목적은, 기계적 특성이 약한 알루미늄 냉매 관의 표면에 수지 코팅하여 기계적 특성(내압성, 인장강도. 내열성, 내한성, 열 충격성, 내습성, 내수성 등)을 향상시킴과 동시에 내매 관의 제조 코스트(cost)를 낮춤으로 인하여 소비자의 경제적인 부담을 낮추고 사용수명을 연장할 수 있도록 한 알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제 해결 수단 구성은,
공기조화기의 실내/외기 간에 연결 설치되어 냉매를 진행시키는 알루미늄 냉매 관의 표면을 수지 코팅하는 조성물을 조성함에 있어서,
상기 조성물은, 주원료인 폴리프로필렌(Polypropylene), 이질적 재료 간의 결합력을 높임과 동시에 계면접착성을 향상시키는 커플링제(Coupling Agent), 상기 폴리프로필렌과 블렌딩 되어 수지코팅층의 충격을 보강하는 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer), 수지코팅층의 산화를 방지하는 산화산화방지제(anti-oxidant), 수지코팅층을 원하는 색상으로 연출시키는 안료(Pigment)로 이루어진다.
그리고 상기 조성물은, 폴리프로필렌(Polypropylene) 69 - 80중량%, 커플링제 13 - 18중량%, 폴리올레핀 엘라스토머 5 - 9중량%, 산화방지제 1 - 2중량%, 안료 1 - 2중량%의 비율로 조성되고, 상기 커플링제는, 실란계, 티탄산염계, 크롬계 중 어느 하나로 이루어진다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물은, 상기 목적에서 설명한 바와 같이, 기계적 특성이 약한 알루미늄 냉매 관의 표면에 수지 코팅하여 기계적 특성(내압성, 인장강도. 내열성, 내한성, 열 충격성, 내습성, 내수성 등)을 향상시킴과 동시에 냉매 관의 제조 코스트(cost)를 낮춤으로 인하여 소비자의 경제적인 부담을 낮추고 사용수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 기계적 특성이 약한 알루미늄 냉매 관의 표면에 수지 코팅하여 기계적 특성을 향상시킴과 동시에 냉매 관의 제조 코스트(cost)를 낮춤으로 인하여 소비자의 경제적인 부담을 낮추고 사용수명을 연장할 수 있도록 한 알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물에 관한 것으로, 그 실시 예를 설명하면 아래와 같다.
- 아 래 -
본 발명의 알루미늄 냉매 관 수지코팅 조성물은, 주원료인 폴리프로필렌(Polypropylene), 이질적 재료 간의 결합력을 높임과 동시에 계면접착성을 향상시키는 커플링제(Coupling Agent), 상기 폴리프로필렌과 블렌딩 되어 수지코팅층의 충격을 보강하는 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer), 수지코팅층의 산화를 방지하는 산화산화방지제(anti-oxidant), 수지코팅층을 원하는 색상으로 연출시키는 안료(Pigment)로 이루어진다.
그리고 상기 조성물은, 폴리프로필렌(Polypropylene) 69 - 80중량%, 커플링제 13 - 18중량%, 폴리올레핀 엘라스토머 5 - 9중량%, 산화방지제 1 - 2중량%, 안료 1 - 2중량%의 비율로 조성되고, 상기 커플링제는, 실란계, 티탄산염계, 크롬계 중 어느 하나로 이루어진다.
상기의 수지코팅 조성물에서 폴리프로필렌(Polypropylene)은, 그 재질의 특성상 고강성과초고유동성을 가지는 것으로, 결정성이 높고 인장강도, 강성 등의 기계적 성질이 우수하여 가정용품, 산업용 부품 등의 범용용도로 사용되는 재료이다.
상기와 같은 폴리프로필렌(Polypropylene)은, 다른 플라스틱에 비해 가벼워 운반 및 시공성이 좋음은 물론, 취급성 용이하고, 최고사용온도가 100℃로써 유체수송에 적합하며, 산, 알칼리, 염류 가스류에 강한 내화학성을 가진다.
그리고 폴리프로필렌(Polypropylene)은, 인장, 내합, 충격 등 기계적 강도가 높고, 전기절연성이 우수하며, 조직이 극히 미려하여 녹이나 흠집 및 전해 부식이 없음으로 장기간 사용할 수 있다.
또한, 상기 폴리프로필렌(Polypropylene)은, 열전도율이 낮아 진행하는 냉매의 보온성과 보냉성이 우수하고, 절단, 절곡, 가공 등이 용이하여 슬리브(Sleeve)융착, 용접봉, 용접도, PVC관 처럼 자유로이 가공할 수 있으며, 외력이 일정하게 유지되어 있을 때 시간이 흐름에 따라 재료의 변형이 증대하는 현상 즉 내 크리프(creep)성이 우수한 장점이 있다.
본 발명의 커플링제(Coupling Agent)는, 본 발명의 수지코팅 조성물을 형성하는 각각의 재료 즉 폴리프로필렌, 폴리올레핀 엘라스토머, 산화산화방지제, 안료와 같은 이질적 재료 간의 결합력을 높이고, 또 알루미늄 냉매 관 표면과 본 발명의 수지코팅 조성물 간에 접착성을 향상시키는 역할을 한다.
상기의 커플링제(Coupling Agent)는, 실란계, 티탄산염계, 크롬계 중 어느 하나를 사용할 수 있는데 가장 바람직하게는 실란계가 좋다. 그 이유는, 실란계 커플링제는 고분자 및 무기질을 연결하는 기를 동시에 갖고 있음으로 무기질 충전 복합재료 및 접착제의 접착력 향상시키기 때문이다.
본 발명의 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer)는, 폴리프로필렌과 블렌딩 되어 수지코팅층의 충격을 보강하는 역할을 하는 것으로, 이와 같은 폴리올레핀 엘라스토머는, 폴리에틸렌(Polyethlene) 중 VLDPE(Very Low Density Polyethlene)의 일종으로, 에틸렌(CH2＝CH2)과 옥텐 또는 부텐의 공중합체로써, 밀도가 낮고 탄성이 높음으로 잘 깨지기 쉬운 풀리프로필렌(PP)과 블렌딩 하면 충격보강재 역할을 한다.
본 발명의 산화산화방지제(anti-oxidant)는, 수지코팅층의 산화를 방지하는 역할을 하는 것으로써, 상기 산화산화방지제를 사용하는 이유는, 아래에서 설명되는 안료의 산화방지와 본 발명에 따른 수지층의 산화방지를 목적으로 하기 때문이다. 상기 산화방지제는 수용성과 지용성이 있으나, 본 발명은 수용성 산화방지제를 사용함이 바람직하다, 그 이유는, 안료의 광택 유지와 경화 후 다시 녹지 않도록 하기 위함이다.
본 발명의 안료(Pigment)는 수지코팅층을 원하는 색상으로 연출시키기 위해 사용되는 것이다.
한편, 본 발명의 수지코팅 조성물에서 바람직한 조성비는, 폴리프로필렌(Polypropylene) 69 - 80중량%, 커플링제 13 - 18중량%, 폴리올레핀 엘라스토머 5 - 9중량%, 산화방지제 1 - 2중량%, 안료 1 - 2중량%로 이루어진다.
상기 폴리프로필렌을 69중량% 미만을 사용하거나 80중량%를 초과하여 사용하게 되면 상기에서 설명한 폴리프로필렌의 각 기능 및 작용과 장점이 목적 치에 도달하지 못하는 문제점이 발생하고,
상기 커플링제를 13중량% 미만 사용하게 되면 본 발명의 수지코팅 조성물을 형성하는 각각의 재료 즉 폴리프로필렌, 폴리올레핀 엘라스토머, 산화산화방지제, 안료와 같은 이질적 재료 간의 결합력을 저하되고 또 알루미늄 냉매 관 표면과 본 발명의 수지코팅 조성물 간에 접착성을 저하되어 수지코팅층이 알루미늄 냉매 관의 표면으로부터 탈리 되는 문제점이 발생하며,
본 발명의 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer)를 5중량% 미만 사용하게 되면 수지코팅층에 충격이 가해졌을 때 충격흡수 능이 저하되어 깨지거나 크랙이 발생하는 문제점이 발생하고,
상기 산화방지제와 안료를 1중량% 미만 사용하게 되면 안료의 산화로 인하여 수지코팅층이 목적하는 컬러를 유지하지 못함은 물론, 수지코팅층이 산화되는 문제점이 발생한다.
그리고 상기 커플링제 18중량%와, 폴리올레핀 엘라스토머 9중량%와, 산화방지제 2중량%와 안료 2중량%를 초과하여 사용하게 되면 본 발명의 조성물을 형성하는 각 재료의 조성비가 전체적으로 맞지 않아 본 발명에서 요구되는 수지코팅제의 역활을 할 수 없게 되는 문제점이 발생함으로 본 발명의 수지코팅제 조성비는 폴리프로필렌(Polypropylene) 69 - 80중량%, 커플링제 13 - 18중량%, 폴리올레핀 엘라스토머 5 - 9중량%, 산화방지제 1 - 2중량%, 안료 1 - 2중량%의 비율로 함이 바람직하다.
또 본 발명의 상기 커플링제는, 실란계, 티탄산염계, 크롬계 중 어느 하나인 것을 사용할 수 있는데, 가장 바람직하게는 실란계가 좋다. 그 이유는, 실란계 커플링제는, 고분자 및 무기질을 연결하는 기를 동시에 갖고 있음으로 무기질 충전 복합재료 및 접착제의 접착력 향상시키기 때문이다.
상기와 같이 조성된 조성물을 이용하여 알루미늄 냉매 관의 표면을 수지 코팅할 때에는 코팅두께 0.05mm - 0.08mm로 함이 바람직하다,
상기의 두께로 코팅된 알루미늄 냉매 관(이하 'pipe '함)을 이용하여 각 기능 즉 기계적 특성을 실험한 결과를 설명하면 아래와 같다.
- 아 래 -
1. 내압실험 테스트의 조건과 테스트 결과는 아래 표 1과 같다.
[테스트의 조건]
◆ 실험방법 : pipe 내 air 제거 후 pipe가 파괴될 때까지 유압공급.
◆ 실험SPEC : 설계압력의 3배(127.3kgf/cm 2 ) 이상에서 pipe 파괴될 것.
◆ 실험결과 : 합격

호칭 경		 파괴압력(kgf/cm 2 )
실험제품사진
＃1 ＃2

1/4〃 		200↑
파괴없음		 200↑
파괴없음
Figure pat00001

3/8〃
182
183
Figure pat00002

1/2〃
150
151
Figure pat00003

5/8〃
128
130
Figure pat00004
2. 내압피로 테스트의 조건과 테스트 결과는 아래 표 2과 같다.
[테스트의 조건]
◆ 실험방법 : (4kgf/cm 2 ↔ 35kgf/cm 2 ), 3Hz로 24만 회 반복 가압.
◆ 실험SPEC : Air 30kgf/cm 2 1분간 가압시 누설 없을 것
◆ 실험결과 : 합격

호칭 경		 누설검사(30kgf/cm 2 )
실험제품사진
＃1 ＃2

1/4〃
누설없음
누설없음
Figure pat00005

3/8〃
누설없음
누설없음

1/2〃
누설없음
누설없음

5/8〃
누설없음
누설없음
3. 코팅접착시험 테스트의 조건과 테스트 결과는 아래 표 3과 같다.
[테스트의 조건]
◆ 실험방법 : 10mm 간격으로 코팅 후 접착강도 측정
◆ 실험SPEC : 1/4〃∼3/8〃 1.5kgf 이상, 1/2〃∼5/8〃 1.5kgf 이상
◆ 실험결과 : 합격
[단위:kgf]
시편＃ 1/4〃 3/8〃 1/2〃 5/8〃
＃1 2.40 2.50 4.60 3.30
＃2 2.50 2.65 4.80 3.55
＃3 2.45 2.70 4.75 3.60
＃4 2.45 2.65 4.75 3.35
평균 2.45 2.63 7.73 3.45
4. Grip 인장실험 테스트의 조건과 테스트 결과는 아래 표 4와 같다.
[테스트의 조건]
◆ 실험방법 : 인장실험기에 코팅pipe와 동pipe를 동시에 걸고 인장력 가함
◆ 실험SPEC : 70kgf 이상 견딜 것
◆ 실험결과 : 합격

호칭 경		 인장력(kgf/) 실험제품사진 비고
＃1 ＃2 ＃3
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
시편 상태에 따라 오차바발생
1/4〃 111 74 79
3/8〃 95 106 99
1/2〃 240 218 188
5/8〃 285 274 282
5. 내열실험 테스트의 조건과 테스트 결과는 아래 표 5와 같다.
[테스트의 조건]
◆ 실험방법 : 120℃ 항온조건에 72시간 방치 후 꺼내 상온으로 유지
◆ 실험SPEC : Air 30kgf/cm 2 1분간 가압 시 누설 없을 것
◆ 실험결과 : 합격

호칭 경
누설검사(kgf/cm 2 )
실험제품사진
비고
＃1 ＃2 ＃3

1/4〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00010
Figure pat00011

배관 cutting부 들뜸없음
240hr 경과 후에도 동일

3/8〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00012
Figure pat00013

1/2〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00014
Figure pat00015

5/8〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00016
Figure pat00017
6. 내한실험 테스트의 조건과 테스트 결과는 아래 표 6과 같다.
[테스트의 조건]
◆ 실험방법 : -30℃ 항온조건에 72시간 방치 후 꺼내 상온으로 유지
◆ 실험SPEC : Air 30kgf/cm 2 1분간 가압 시 누설 없을 것
◆ 실험결과 : 합격

호칭 경
누설검사(kgf/cm 2 )
실험제품사진
비고
＃1 ＃2 ＃3

1/4〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00018
Figure pat00019

배관 cutting부 들뜸없음
240hr 경과 후에도 동일

3/8〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00020
Figure pat00021

1/2〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00022
Figure pat00023

5/8〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00024
Figure pat00025
7. 열 충격시험 테스트의 조건과 테스트 결과는 아래 표 7과 같다.
[테스트의 조건]
◆ 실험방법 : 항온조건에서(-120℃ 2hr ↔ -30℃ 2hr)을 1cycle로 하여 10cycle 진행 후 꺼내 상온으로 유지.
◆ 실험SPEC : Air 30kgf/cm 2 1분간 가압 시 누설 없을 것
◆ 실험결과 : 합격

호칭 경
누설검사(kgf/cm 2 )
실험제품사진
비고
＃1 ＃2 ＃3

1/4〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00026
Figure pat00027

관 cutting부 들뜸 없음
100cycle 진행 후에도 동일

3/8〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00028
Figure pat00029

1/2〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00030
Figure pat00031

5/8〃 		누설없음 누설없음 누설없음
Figure pat00032
Figure pat00033
8. 내습성 테스트의 조건과 테스트 결과는 아래 표 8과 같다.
[테스트의 조건]
◆ 실험방법 : 60℃, 습도 95% 항온조에 168시간 방치 후 꺼내 상온유지.
◆ 실험SPEC : 코팅 부 이상 없을 것(끝단 부 들뜸, 주름, Crack 등)
◆ 실험결과 : 합격
호칭 경
＃1
＃2
＃3
시험사진		 비고

1/4〃 		이상없음 이상없음 이상없음
Figure pat00034
Figure pat00035

배관 이슬 맺힘 영향 검토

3/8〃 		이상없음 이상없음 이상없음
Figure pat00036
Figure pat00037

1/2〃 		이상없음 이상없음 이상없음
Figure pat00038
Figure pat00039

5/8〃 		이상없음 이상없음 이상없음
Figure pat00040
Figure pat00041
9. 내수성 테스트의 조건과 테스트 결과는 아래 표 8과 같다.
[테스트의 조건]
◆ 실험방법 : 60℃ 물에 240시간 방치 후 꺼내 상온유지.
◆ 코팅 부 이상 없을 것(끝단 부 들뜸, 주름, Crack 등)
◆ 실험결과 : 합격
호칭 경
＃1
＃2
＃3
시험사진		 비고

1/4〃 		이상없음 이상없음 이상없음
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044

Figure pat00045

3/8〃 		이상없음 이상없음 이상없음
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048

1/2〃 		이상없음 이상없음 이상없음
Figure pat00049
Figure pat00050
Figure pat00051

5/8〃 		이상없음 이상없음 이상없음
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 알루미늄 냉매 관의 표면에 수지코팅함으로써 공기조화기의 실외기와 실내기 간에 연결설치되어 고압의 냉매를 진행시키는 냉매 관이 갖추어야 하는 조건인 내압성, 인장강도. 내열성, 내한성, 열 충격성, 내습성, 내수성 등이 향상되고, 또 냉매 관의 재질을 일반적으로 많이 사용되고 있는 고가의 동(Cu)관에 비해 가격이 저렴한 알루미늄관을 사용함으로써 냉매 관을 제조함에 있어 제조 코스트(cost)를 낮춤으로 인하여 소비자의 경제적인 부담을 낮추고 사용수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 공기조화기의 실내/외기 간에 연결 설치되어 냉매를 진행시키는 알루미늄 냉매 관의 표면을 수지 코팅하는 조성물에 있어서,
    상기 조성물은, 주원료인 폴리프로필렌(Polypropylene), 이질적 재료 간의 결합력을 높임과 동시에 계면접착성을 향상시키는 커플링제(Coupling Agent), 상기 폴리프로필렌과 블렌딩 되어 수지코팅층의 충격을 보강하는 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer), 수지코팅층의 산화를 방지하는 산화산화방지제(anti-oxidant), 수지코팅층을 원하는 색상으로 연출시키는 안료(Pigment)로 조성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은, 폴리프로필렌(Polypropylene) 69 - 80중량%, 커플링제 13 - 18중량%, 폴리올레핀 엘라스토머 5 - 9중량%, 산화방지제 1 - 2중량%, 안료 1 - 2중량%의 비율로 조성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커플링제는, 실란계, 티탄산염계, 크롬계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄 냉매 관의 수지코팅 조성물.
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