KR20220119042A - 가공 도체 코팅용 조성물 - Google Patents

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케이블 코팅스 리미티드
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Abstract

가공 도체 코팅용 조성물로서, (i) 반사제; (ii) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제; (iii) 비수성 용매; 및 (iv) 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물이 개시된다.

Description

가공 전선 코팅용 조성물
본 발명은 전기 가공 도체에 관한 것이다. 다양한 바람직한 실시양태는 도체의 온도를 감소시켜 (전기 저항은 온도에 의존적이기 때문에) 도체의 저항을 감소시키고 따라서 (전력 손실은 전기 저항에 의존적이기 때문에) 도체에서 전력 손실을 감소시키기 위한 목적으로 단일 코팅물을 갖는 고전압 전기 가공 도체에 관한 것이다. 단일 코팅된 고전압 전기 가공 도체는 비수성의 용매 기반 알킬 실리케이트 결합제 중에 제공된 광촉매적 자체 세정제를 포함한다.
철탑 사이에 매달린 알루미늄 케이블을 포함하는 다양하고 상이한 유형의 고전압 전기 가공 도체가 공지되어 있다. 다양하고 상이한 유형의 공지된 고전압 전기 가공 도체는 두 그룹으로 나눠질 수 있다. 제1 그룹은 80℃의 최대 작동 온도를 갖는 도체를 포함한다. 제2 그룹은 범위 150-250℃ 내 더 높은 최대 작동 온도를 갖는 도체를 포함한다.
고전압 전기 가공 도체와 관련된 다양한 특정 문제가 있으며, 이러한 문제는 150-250℃ 범위 내 높은 작동 온도에서 작동가능한 고전압 전기 가공 도체에서 특히 심각해질 수 있다. 이러한 도체는 미국 남부, 중동 및 호주와 같은 세계의 특히 더운 지역에 설치될 수 있다.
세계의 특히 더운 지역에 설치되는 고전압 전기 가공 도체는 일년 중 대부분 동안 강렬한 일광으로 인해 가공 도체가 상당한 태양 열에 노출되는 문제를 겪는다. 일년 내내 지속적인 태양 복사를 받는 가공 전기 도체는 가공 송전 또는 배전 선로 또는 네트워크를 관리하려는 전력 회사(utility company)에 여러 가지 중요한 운영상의 문제를 제시한다.
당업자에 의해 이해될 것이듯이, 고전압 전기 가공 도체의 온도는 두 가지 주요 요인으로 인해 증가하는 경향이 있을 것이다. 제1 요인은, 도체를 통한 전류 전송으로 인해 옴 손실(Ohmic loss)이 발생하여 도체의 줄 가열(Joule heating)이 발생할 것이라는 것이다. 제2 요인은, 도체가 상대적으로 강한 태양 복사(즉, 일광)를 받게 될 것이어서 태양 복사에 의해 가열된다는 것이다. 둘 모두의 요인은 도체의 온도를 높이는 데 있어 역할을 할 것임이 명백할 것이다.
또한 도체의 온도를 낮추는 경향이 있는 많은 다른 잠재적 요인이 있음이 또한 이해될 것이다. 예를 들어, 도체는 적외선(열) 복사를 방출하여 에너지를 잃을 수 있다. 도체는 전도에 의해 또는 (예를 들어, 기류, 바람 등으로 인한) 대류에 의해 에너지를 잃을 수도 있다. 그러나, 실제적인 문제로, 전도로 인한 에너지 손실은 상당히 최소이며, 대류로 인한 에너지 손실은 도체가 설치되는 지리적 위치에 의존한다.
가공 전기 도체가 에너지를 잃을 주된 냉각 메커니즘은 복사, 즉 열 에너지를 복사함에 의해 그리고 특히 적외선 파장 범위 2.5-30.0 μm에서의 적외선 복사를 통한 것임이 당업자에 의해 이해될 것이다.
따라서, 첫 번째 접근방법으로, 고전압 가공 전기 도체의 온도는 줄 가열과 태양 복사의 조합된 효과로 인해 증가할 것이며, 이 때 이 온도 증가는 적외선 복사를 방출하는 도체로 인한 에너지 손실로 상쇄된다.
설명을 위해, 베어(bare) 가공 알루미늄 전기 도체는 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 0.5의 평균 태양 흡수율 계수 A를 갖는 것으로 간주될 수 있다. 베어 알루미늄 도체는 0.5의 상응하는 평균 태양 반사율 계수 R을 가질 것임이 이해될 것이다. 따라서, 태양 복사(즉, 일광)에 노출된 맨 알루미늄 전기 도체는 입사된 태양 복사의 대략 50%를 흡수할 것이다.
도체의 유의미한 줄 가열과 결합된, 지속 기간에 걸쳐 입사되는 태양 복사의 대략 50%를 흡수하는 도체의 순 효과는 가공 도체의 온도를 최대 정격(rated) 작동 온도까지 상승시킬 것이다. 도체의 지리적 위치에 따라, 기류(즉, 바람)로 인한 에너지 손실은 낮거나 무시될 수 있다. 도체의 최대 작동 온도는 80℃ 또는 150-250℃ 범위 내일 수 있다.
일단 가공 도체가 이의 최대 정격 작동 온도에 도달하거나 이에 근접하게되면, 송전 또는 배전 선로 또는 네트워크를 관리하는 전력 회사는 줄 가열의 효과를 줄여 가공 도체를 안전한 작동 온도 범위 내에서 유지하기 위해 도체를 통해 전송된 전류를 줄여야 한다.
다양한 상이한 유형의 도체가 공지되어 있고, 지금부터 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
전체 알루미늄 도체(All Aluminum Conductor: "AAC")는 BS EN 50182 또는 IEC 61089에 따라 도체를 형성하도록 반대 방향의 연속적인 층으로 꼬여진 경 알루미늄 전선(hard drawn aluminium wire)을 포함한다. AAC 도체는 상대적으로 단경간(span)을 갖는 가공(aerial) 배전 선로, 가공 급전선(feeder) 및 변전소의 버스 바(bus bar)에 사용될 수 있다. AAC 도체는 강철이 존재하지 않기 때문에 높은 내식성을 갖는다. 기존의 AAC 도체는 전형적으로 80℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
전체 알루미늄 합금 도체(All Aluminum Alloy Conductor: "AAAC")는 IEC 61089, BS EN 50182 또는 ASTM 399에 따라 도체를 형성하도록 반대 방향의 연속적인 층으로 꼬여진 전체 알루미늄 합금("ALMELEC") 전선을 포함한다. AAAC 도체는 비교적 장경간(long span)을 갖는 송배전 전기 네트워크에서의 가공선에 주로 사용된다. 이것들은 또한 가공 전기 케이블을 지원하는 메신저로 사용된다. AAAC 도체는 강철이 존재하지 않기 때문에 높은 내식성을 갖는다. 기존의 AAAC 도체는 전형적으로 80℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
알루미늄 도체 강심(Aluminium Conductor Steel Reinforced: "ACSR") 도체는 BS EN 50182, ASTM B 232 또는 IEC 61089에 따라 도체를 형성하도록 아연도금되거나 꼬여진 강선(steel wire)의 중앙 코어 위에 동심원으로 꼬여진 알루미늄 도체의 외부 층을 포함한다. ACSR 도체는 장거리 전력 전송에 널리 사용된다. ACSR 도체는 또한 가공 전기 케이블을 지원하는 메신저로 사용될 수 있다. 기존의 ACSR 도체는 전형적으로 80℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
알루미늄 도체 알루미늄 피복 강심(Aluminium Conductor Aluminium Clad Steel Reinforced: "ACSR/AW") 도체는 ASTM B 549에 따라 도체를 형성하도록 알루미늄 피복 강철 솔리드 또는 연선(stranded cable)의 중앙 코어 위에 동심으로 꼬여진 알루미늄 도체의 외부 층을 포함한다. ACSR/AW 도체는 전력 전송에 사용되며, ACSR 도체와 같은 긴 가공선 경간에 이상적이지만, 좋은 내식성 외에도 저항 및 전류 전달 용량이 약간 더 우수하다. 기존의 ACSR/AW 도체는 전형적으로 80℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
애리얼 연합 케이블(areal bundled cable)("ABC")은 XLPE 절연물로 절연되는 알루미늄 도체로 만들어지고, ICEA S 474-76 또는 BS EN 50182에 따라 2개(이중), 3개(삼중), 4개(4중) 또는 그 초과의 도체를 형성하도록 조립된다. 이것들은 기둥 상의 (상간(phase to phase) 600V를 초과하지 않는 회로에서) 2차 가공선에 또는 주거 건물에 대한 급전선으로 사용된다.
최대 150-250℃의 훨씬 더 높은 작동 온도에서 작동하도록 설계되는 다양한 고온 저처짐("HTLS") 도체(high temperature low sag conductor)도 공지되어 있다.
공지된 HTLS 도체는 알루미늄 도체 복합 코어 ("ACCC") 도체, 알루미늄 도체 강철 지지 ("ACSS/MA") 도체, 알루미늄 도체 알루미늄 피복 강철 지지("ACSS/AW") 도체, 내열성 알루미늄 합금 도체 강심 ("TACSR") 도체, 내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 강심 ("TACSR/AW") 도체 및 초내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 인바심 ("STACIR/AW") 도체를 포함한다.
알루미늄 도체 복합 코어 ("ACCC") 도체는 경량 탄소-유리 섬유 복합재로 된 중앙 코어 상에 사다리꼴 모양의 어닐링된 1350-O 알루미늄 전선의 하나 이상의 층을 갖는 동심상 꼬여진 도체를 포함한다. 하이브리드 탄소 복합 코어를 포함하는 ACCC 도체는 기존의 강철 코어보다 강하고 가볍다. ACCC 도체는, 총 중량을 늘리지 않고 대략 30% 더 많은 알루미늄이 사용될 수 있게 하는 이것의 더욱 경량의 코어에 추가하여 최대 180℃의 연속 작동 온도용으로 설계되므로, 기존의 ACSR 도체보다 두 배 더 많은 전류를 전달할 수 있다. ACCC 도체를 사용하면 동일한 직경 및 중량의 기존 ACSR 도체에 비해 동일한 부하 조건 하에서 선로 손실을 30-40%까지 감소시킨다. ACCC 도체는 더 큰 강도, 효과적인 자체 감쇠, 우수한 내피로성 및 낮은 팽창 계수를 가지고 있어서, 무거운 전기 부하 조건 하에서 도체 처짐을 줄인다. 결과적으로, ACCC 도체는 더 적거나 더 짧은 구조물 사이의 경간을 늘리는 데 사용될 수 있다. ACCC 도체는 기존의 ACSR 도체보다 더 큰 내식성을 갖는다.
ACCC 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 기존 장력 및 여유공간과 함께 증가된 전류가 필요한 재전도(reconductoring) 응용분야, 감소된 도체 처짐으로 인해 구조가 절약될 수 있는 신규 선로 응용분야, 높은 비상 부하가 필요한 신규 선로 응용분야, 및 바람으로 인한 진동이 문제인 선로에 특히 유용하다. ACCC 도체는 이것들의 좋은 내식성으로 인해 부식성 및 해안 환경에서도 사용될 수 있다. 기존의 ACCC 도체는 전형적으로 180℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
강철 지지 알루미늄 도체("ACSS/MA") 도체는, ACSS 도체 상의 기계적 부하의 대부분 또는 전부를 견디도록 설계되는 아연-5% 알루미늄 미쉬메탈(mischmetal) 합금 코팅된 강선의 중앙 코어 위에 꼬여진 어닐링된 알루미늄 1350-O 전선의 하나 이상의 층을 포함한다. ACSS 도체는 ASTM B 856에 따라 제조될 수 있다.
ACSS/MA 도체는, ACSS/MA 도체가 손상없이 최대 250℃의 고온에서 연속적으로 작동될 수 있다는 점을 제외하고 기존의 ACSR 도체와 유사하다. ACSS/MA 도체는 ACSR 도체보다 비상 부하(emergency loading) 하에서 덜 처지고 자체 감쇠 특성을 가지며, 최종 처짐은 알루미늄의 장기간 크리프(creep)의 영향을 받지 않는다.
ACSS/MA 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 기존 장력 및 여유공간과 함께 증가된 전류가 필요한 재전도 응용분야에 특히 유용하다. ACSS/MA 도체는 감소된 도체 처짐으로 인해 구조체가 절약될 수 있는 신규 선로 응용분야, 높은 비상 부하가 필요한 신규 선로 응용분야, 및 바람으로 인한 진동이 문제인 선로에도 사용된다. 기존의 ACSS/MA 도체는 전형적으로 250℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
알루미늄 도체 알루미늄 피복 강철 지지 ("ACSS/AW") 도체는, ACSS 도체 상의 기계적 부하의 대부분 또는 전부를 견디도록 설계되는 알루미늄 피복 강선의 중앙 코어 위에 꼬여진 어닐링된 알루미늄 1350-O 전선의 하나 이상의 층을 포함한다. ACSS/AW 도체는 ASTM B 856에 따라 제조될 수 있다.
ACSS/AW 도체는 손상없이 최대 200℃의 고온에서 연속적으로 작동될 수 있다. 강철 위의 두꺼운 알루미늄 층(공칭 전선 반경의 대략 10%)으로 구성되는 알루미늄 피복 강철 코어는 ACSS/AW 도체에 강철의 높은 인장 강도 및 견고함과 함께 알루미늄의 가벼운 중량 및 우수한 전도성과 함께 ACSS 도체의 이점을 제공한다.
ACSS/AW 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 기존 장력 및 여유공간(clearance)과 함께 증가된 전류가 필요한 재전도 응용분야에 특히 유용하다. ACSS/AW 도체는 감소된 도체 처짐으로 인해 구조가 절약될 수 있는 신규 선로 응용분야, 높은 비상 부하가 필요한 신규 선로 응용분야, 및 바람으로 인한 진동이 문제인 선로에도 사용된다.
ACSS/AW 도체는 강철 심선의 알루미늄 피복으로 인한 약간 더 큰 전류용량 및 내식성과 함께 ACSS 도체와 유사한 강도 특성을 갖는다. 기존의 ACSS/AW 도체는 전형적으로 200℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
내열성 알루미늄 합금 도체 강심 ("TACSR") 도체는 IEC 62004 및 IEC 60888 및 일반적으로 IEC 61089에 따라 아연 코팅된 강선(들)의 중앙 코어 위에 꼬여진 내열성 알루미늄 지르코늄 합금(AT1) 전선의 하나 이상의 층을 포함한다.
TACSR 도체는 최대 150℃의 연속 작동 온도용으로 설계되기 때문에 기존의 ACSR 도체보다 더 높은(150%) 부하 전류를 전달할 수 있다. TACSR 도체는 ACSR 도체와 동일한 설치 기술을 갖는다.
TACSR 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 전류를 증가시켜야 하는 신규 선로 응용분야에 특히 유용하다. 기존의 TACSR 도체는 전형적으로 150℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 강심 ("TACSR/AW") 도체는 IEC 62004 및 IEC 61232 및 일반적으로 IEC 61089에 따라 꼬여진 알루미늄 피복 강철(20SA 유형 A) 전선(들)의 중앙 코어 위에 꼬여진 내열성 알루미늄 지르코늄 합금(AT1) 전선의 하나 이상의 층을 포함한다.
TACSR/AW 도체는 최대 150℃의 연속 작동 온도용으로 설계되기 때문에 기존의 ACSR 도체보다 더 높은 부하 전류를 전달할 수 있다. TACSR/AW 도체는 TACSR 도체보다 증가된 내식성, 낮은 전기 저항 및 낮은 질량을 갖는다. TACSR/AW 도체는 ACSR 도체와 동일한 설치 기술을 갖는다.
TACSR/AW 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 전류를 증가시켜야 하는 신규 선로 응용분야에 특히 유용하다. TACSR/AW 도체는 이것들의 우수한 내식성으로 인해 부식성 및 해안 환경에 사용될 수 있다. 기존의 TACSR/AW 도체는 전형적으로 150℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
초내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 인바심 ("STACIR/AW") 도체는 IEC 62004 및 일반적으로 IEC 61089 및 IEC 61232에 따라 꼬여진 알루미늄 피복 인바 전선의 중앙 코어 위에 꼬여진 초내열성 알루미늄 지르코늄 합금(AT3) 전선의 하나 이상의 층을 포함한다. 인바는 매우 낮은 선 팽창 계수를 갖는 특수 Fe/Ni 합금이다.
STACIR/AW 도체는 최대 210℃의 연속 작동 온도용으로 설계되기 때문에 기존의 ACSR 도체보다 더 높은(200%) 부하 전류를 전달할 수 있다. 변곡점(knee point) 너머에서, STACIR/AW 도체는 높은 작동 온도에서 처짐을 제어하는 인바 코어 단독의 확장(3.7 x 10-6/℃ 이하의 매우 낮은 값)으로 인해 처짐 증가를 경험한다. STACIR/AW 도체는 증가된 내식성 및 ACSR 도체와 동일한 설치 기술을 갖는다.
STACIR/AW 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 전류를 증가시켜야 하는 신규 선로 응용분야에 특히 유용하다. STACIR/AW 도체는 이것들의 우수한 내식성으로 인해 부식성 및 해안 환경에 사용될 수 있다. 기존의 STACIR/AW 도체는 전형적으로 210℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
따라서, 공지된 HTLS 도체는, 고전압 가공 전기 도체가, 범위 150-250℃ 내 최대 작동 온도까지의 훨씬 더 높은 작동 온도에서 작동될 수 있게 한다.
전기 도체가 150-250℃ 범위 내의 최대 작동 온도에서 작동되면, 옴 손실로 인해 잠재적으로 상당한 전력 손실이 발생할 수 있음이 인식될 것이다. 도체의 온도가 예를 들어, 150-250℃의 최대 작동 온도에 가까이 도달하기 시작하면, 전력 작업자는 줄 가열 효과를 줄이고 따라서 도체의 최대 안전 작동 온도가 초과되지 않도록 하기 위해 도체를 통해 전달되는 전류를 줄여야 한다. 전력 회사가 도체를 통해 전송되는 전류를 줄여야 하는 것은, 특히 전송된 전력의 감소가 전기에 대한 소비자 또는 비즈니스 수요 증가와 동시에 일어날 수 있기 때문에, 문제가 있음이 인식될 것이다.
중동과 같은 세계의 더운 지역에 설치된 고전압 가공 전력선은 높은 주변 온도, 예를 들어, >40℃에서 작동할 수 있음이 인식될 것이다. 또한, 도체는 150-250℃ 범위 내의 높은 최대 작동 온도에서 작동할 수 있다. 이러한 도체는 이러한 고온에서 도체의 높은 저항으로 인해 높은 에너지 손실을 갖는 문제를 겪을 것임이 명백할 것이다. 또한, 도체의 전류용량(즉, 최대 전류 전달 용량)이 감소될 것이다.
옴 손실(또는 줄 가열)로 인해 가공 전기 도체에서 발생된 열의 양은 다음 관계식을 따를 것이다:
Figure pct00001
여기서서, I는 가공 전기 도체를 통과하는 전류이고, R은 도체의 전기 저항이다.
전기 도체의 전기 저항 R은 온도 의존적임이 또한 이해될 것이다. 온도의 함수인 도체의 전기 저항 R은 다음 관계식에 의해 결정될 수 있다:
Figure pct00002
여기서, Rθ는 θ℃에서 도체의 전기 DC 저항이고, R20은 20℃에서 도체의 전기 DC 저항이고, α는 도체 저항의 온도 계수이다. 알루미늄의 경우, α는 0.00403이다.
완전함을 위해, 케이블 전류용량 또는 전류 전달 용량은 도체가 최대 작동 온도에서 전달할 수 있는 연속 최대 전류로 정의된다.
따라서, 줄 가열, 높은 주위 온도, 높은 태양열 가열 및 기류(예를 들어, 바람)로 인한 냉각 부재의 조합으로 인해 도체의 온도가 빠르게 상승할 것이다. 도체의 온도가 상승함에 따라, 온도와 저항 사이의 양(positive)의 상관관계를 고려하면 도체의 전기 저항이 증가하여 도체에서 추가 전기 손실(따라서 추가 줄 가열)이 초래될 것임이 이해될 것이다. 그 결과, 가공 전기 도체의 온도가 더욱 증가하는 경향이 있을 것이고, 이는 문제를 악화시킬 뿐이다.
그러므로, 세계의 특히 고온 지역에서 가공 전기 도체를 작동시키는 것은 상당한 작동 문제를 나타냄이 명백하다.
가공 도체의 온도를 낮추기 위해 도체에 코팅물을 적용하여 가공 전기 도체의 온도를 낮추려는 시도는 공지되어 있다.
첫 번째로 공지된 접근방식은 A = 0.96(R = 0.04)의 높은 태양 흡수율과 E = 0.96의 높은 방사율을 갖는 카본 블랙과 같은 흑색 코팅물을 활용하는 것을 포함한다. 상기 첫 번째로 공지된 접근방식은 도체가 얻은 열 에너지를 잃게 하는 데 중점을 둔다.
WO 2015/105972(Ranganathan)는 상기 첫 번째로 공지된 접근방식의 변형예이며, 카본 블랙 기반 중합체의 단일 중합체 층을 갖는 도체를 포함하는 배열을 개시한다. 적외선("IR") 반사제가 카본 블랙 층에 포함될 수 있다. 도체의 방사율 E는 ≥0.85인 것으로 명시되어 있고, 전체 흡수율 A는 ≤0.3 (R≥0.7)인 것으로 명시되어 있다.
WO 2014/025420(Davis)은 비-백색(즉, 회색, 흑색 등) 무기 코팅으로 베어 도체를 코팅시키는 것을 개시한다. 비백색 코팅물은 방사율 E > 0.8 및 태양 흡수율 계수 A > 0.3(R < 0.7)을 가질 수 있음이 명시되어 있다. 색상은 CIE 간행물 15.2(1986), 섹션 4.2, 및 L*, a* 및 b* 축을 갖는 정육면체로 구성되는 개시된 CIE 색상 공간을 참조하여 정의될 수 있다. L*의 최소값은 0으로, 이것은 완벽한 흑색을 나타낸다. WO 2014/025420(Davis)은 백색을 L* ≥80을 갖는 것으로 정의한다. 따라서, WO 2014/025420(Davis)에 개시된 비백색 코팅물은 L* < 80을 갖는 것으로 명시되어 있다(즉, 비백색임).
두 번째의 상이한 공지된 접근방식은 낮은 태양 흡광도와 따라서 높은 태양 반사율을 갖는 백색 코팅으로 전기 도체를 코팅시키는 것이다.
예를 들어, WO 2007/034248(Simic)은 상기 두 번째로 공지된 접근방식의 예이며, 일부 경우에 방사율 E≥0.7 및 태양 흡수 계수 A≤0.3 (R≥0.7)를 가질 수 있는 다양한 백색 코팅물로 베어 도체를 코팅시키는 것을 개시한다.
WO 2007/034248(Simic)에 개시된 하나의 코팅물은 규산칼륨이 함유된 산화티타늄(TiO2) 백색 페인트이다. 상기 백색 페인트 내 산화티타늄은 E = 0.92의 높은 방사율을 갖는 코팅물을 제공한다. 흡수율 계수 A는 0.17로 명시되어 있으므로, 반사율 계수 R은 0.83이다. 산화티타늄의 형태는 WO 2007/034248(Simic)에는 명시되어 있지 않으나, 산화티타늄은, 이산화티타늄(TiO2)의 가장 흔한 형태이며 백색 페인트에 일반적으로 사용되는 금홍석(rutile) 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 것으로 추정된다. 또한, 본원의 도 11에 도시된 바와 같이, 금홍석 이산화티타늄(TiO2)은 덜 일반적인 형태의 이산화티타늄(TiO2), 즉 예추석(anatase) 이산화티타늄(TiO2)보다 더 높은, 태양 스펙트럼에서의 반사율을 갖는다.
첫 번째로 공지된 접근방식(흑색 코팅물) 및 두 번째로 공지된 접근방식(백색 코팅물) 외에도, 다른 문제를 해결하기 위해 특정 제형의 코팅물을 제공하는 것이 공지되어 있다.
예를 들어, FR-2971617(Nexans)은 코팅물의 노화 저항성(age resistance)을 개선시키기 위해 전기 도체를 폴리비닐리덴 디플루오라이드("PVDF") 중합체 코팅물로 코팅시키는 것을 개시한다. PVDF 중합체 코팅물은 방사율 E≥0.85 및 태양 흡수율 A≤0.10 (R≥0.90)을 갖는 것으로 명시되어 있다. FR-2971617(Nexans)에는 PVDF를 사용하여 가공 전기 도체용 온도 감소 코팅을 제조하면 전기 도체의 자외선에 대한 저항성이 개선되므로 노화에 대한 저항성이 개선됨이 명시되어 있다.
FR-2971617(Nexans)에 개시된 PVDF 코팅물은, 결합제인 PVDF가 용해되는 유기 용매를 포함하는 페인트 형태로 도체에 적용될 수 있다. 명시된 방사율 및 태양 흡수율 값을 성취하기 위해 첨가제, 예컨대 백색 안료(예를 들어, 황산바륨, 산화마그네슘 또는 산화알루미늄)가 상기 페인트에 첨가될 수 있다. 개시된 배열에 따르면, 액체 페인트는 산화마그네슘(E=0.9, A=0.09, R=0.81), 산화알루미늄(E=0.9, A=0.09, R=0.81) 또는 황산바륨(E=0.88, A= 0.06, R=0.94)을 포함하는 백색 안료가 첨가된, KYNAR (RTM) 500으로 지칭된 ARKEMA (RTM)에 의해 판매된 액체 페인트를 포함할 수 있다.
요약하면, 도체의 방사율 E를 최대화하기 위해 가공 도체를 흑색 코팅물로 코팅시키거나, 대안적으로 낮은 태양 흡광도 A 및 그에 따라 높은 태양 반사율 R을 갖는 백색 코팅물로 가공 도체를 코팅시키는 것은 공지되어 있다.
그러나, 본 발명자들은 기존의 코팅물들을 시험하였고, 둘 모두의 공지된 접근방식이 단지 성능에서 제한된 개선(즉, 온도에서의 적은 감소)을 초래하거나, 실제로 일부 경우에 본 발명자들은 예를 들어, 열 방출 첨가제가 없는 백색 코팅물은 실제로 베어 코팅되지 않은 도체보다 나쁜 성능을 초래함을 발견하였다. 또한, 일부 공지된 백색 코팅물은 내식성이 좋지 않고 빠르게 변색되어 상업적으로 비실용적이게 되는 것으로 밝혀졌다.
특히, 도체의 작동 온도를 낮추기 위해 가공 도체에 산화마그네슘 백색 페인트가 적용될 수 있음이 제안되었다. 그러나, 본 발명자들은 임의의 이러한 주장된 성능 이점을 복제할 수 없었고, 실제로 이론적인 계산(아래 표 1 참고) 및 특정의 백색 도색된 도체의 실증적 시험이 도체의 온도 감소보다는 도체의 온도에서의 증가를 초래하는 것으로 본 발명자들에 의해 발견되었다.
따라서, 본 발명자들은 가공 도체를 예를 들어, 산화마그네슘 백색 페인트 그 자체로 코팅시키는 것은 성능 면에서 불리하며 좋지 않은 내식성 면에서 매우 문제가 되는 것으로 간주한다.
따라서, 좋거나 탁월한 내식성을 갖는 것과 함께 개선된 온도 감소 성능을 가지며 장기간 백색을 유지하는 개선된 가공 도체에 대한 요구가 남아 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시양태는 범위 150-250℃ 내 최대 작동 온도를 갖는 고온 저처짐("HTLS")의 도체에 관한 것이다. 이러한 고온에서는, 공지된 코팅된 도체가 갖는 문제는 특히 심각해진다.
특히 범위 150-250℃ 내 높은 작동 온도에서 상당한 온도 감소 효과를 제공할 수 있는 개선된 가공 도체는 더 높은 전류용량과 함께 전력 손실에서 상당한 감소를 나타낼 것이다.
(예를 들어, 범위 150-250℃ 내) 고온에서 작동할 수 있고 좋은 내식성을 가지며 장기간 동안 백색을 유지하고 개선된 온도 감소 성능을 갖는 개선된 가공 도체를 제공하는 능력은 상당한 상업적 관심을 가질 것이며 당해 기술에서 상당한 진보를 나타낼 것임이 당업자에 의해 이해될 것이다.
종종 간과되는 백색의 코팅된 도체가 갖는 특히 중요한 문제는, 도체가 환경 오염원 또는 오염물질에 노출됨에 따라 백색 코팅물에 먼지가 부착될 것이고 일정 기간에 걸쳐 변색될 것이라는 것이다. 결과적으로, 초기의 높은 태양 반사율은, 백색 코팅물이 변색되어 성능에서 상당한 저하를 나타냄에 따라, 급격히 떨어질 수 있다. 예를 들어, > 0.80의 높은 초기 반사율 R을 갖는 재료는 3년에 걸쳐 평균 0.16만큼의 반사율 R의 감소를 경험할 수 있음이 보고되었다.
다른 연구는, 지붕 부재(roof member)의, 태양 반사율에 대한 어두워지는 효과는 5-8년의 실외 노출 기간 후에 태양 반사율에서 11-59% 감소를 나타냈음을 입증하였다.
따라서, 먼지 및 환경 오염물질이 부착됨으로써 변색되기 덜 쉽고, 따라서 도체가 장기간 백색으로 남아 있기 때문에 시간이 지남에 따라 성능에서 감소되거나 무시할 수 있는 정도의 손실을 보이는 개선된 가공 도체를 제공하는 것이 또한 요망된다.
알킬 실리케이트 코팅물은 현저한 내식성, 우수한 기계적 특성, 매우 높은 온도 저항성 및 탁월한 내화학성으로 인해 강철 기재 상의 부식 방지 프라이머로 주로 사용된다.
알킬 실리케이트 코팅 조성물은 전형적으로 1성분 또는 2성분 제품을 포함한다. 제품이 2성분일 경우, 제1 성분은 전형적으로 실리케이트 결합제, 공결합제, 처짐 방지제 및 용매의 액체 혼합물로 구성되며, 제2 성분은 전형적으로 금속성 안료, 가장 흔히 아연 가루로 일반적으로 지칭된 금속성 아연 안료를 함유한다.
아연 실리케이트는 깨끗한 강철 표면 상에 직접 적용된 유전 양극(sacrificial anode)으로서의 기능으로 인해 부식 방지 특성에 관해서는 다른 라이닝보다 우수하다. 코팅 층이 손상되면, 아연이 갈바닉 보호에 의해 손상을 보호할 것이다. 기능은 아연도금 강의 기능과 유사하다.
적합한 일반 유형의 코팅물, 예를 들어, 에폭시 또는 폴리우레탄의 후속 층을 갖는 다중 코팅 시스템에서 프라이머, 즉, 코팅물 또는 필름 층으로 알킬 실리케이트 결합제를 사용하는 것은 공지되어 있다. 그러나, 실리케이트 결합제는 단일 코팅 시스템으로 또는 대안적으로 탑코트(top-coat)로 사용될 수도 있다.
에틸 실리케이트와 같은 알킬 실리케이트는 더 이상의 가수분해없이 결합제 사용에 적합할 만큼 충분히 반응성이지는 않다. 에틸 실리케이트의 가수분해는 산 또는 염기 촉매작용을 받을 수 있다. 산 촉매작용은 일반적으로 다소 더 느리고 더 제어된 방식으로 진행된다. 또한, 산의 존재는 반응성 실라놀(Si-OH) 기를 안정시키고 저장 안정성을 증가시키는 경향이 있다. 에틸 실리케이트에 대한 안정성 및 반응성 문제에 대한 개요는 "The Use of Ethyl Silicate in Zinc Rich Paints", Steinmetz JR, Modern Paint and Coatings, June 1983에 주어져 있다. 산성으로 안정된 실리케이트 결합제의 액체 부분에 알칼리성 물질이 도입되면, 액체는 중성이 되고 실라놀 기는 반응성이 되고 불안정한 액체가 형성된다.
산성의 안정된 알킬 실리케이트 결합제 및 실리케이트 결합제 내로 도입된 알칼리성 물질의 유형에 따라, 액체 부분에서의 안정성은 6개월 이하의 안정성에서부터 상기 제품의 거의 즉각적인 겔화까지 가변될 수 있음이 당업자에게 잘 공지되어 있다.
알칼리성 물질의 예는 장석, 활석, 운모, 백운석, 방해석, 보크사이트 또는 다양한 유형의 실리케이트 물질과 같은 충전제이다.
실제로, 당업자는 저장 안정성을 확보하기 위해 조성물에 알칼리성 물질을 도입하는 것을 삼갈 것이다. 당업자는 재료 중에서, 물에 현탁 또는 용해될 때 중성 영역에서의 pH 또는 7 미만의 pH를 제공하는 성분을 선택할 것이다.
산성의 안정된 알킬 실리케이트 코팅물은 표준 분무 장비를 사용하여 적용하기가 쉽다. 그러나, 실리케이트 페인트 조성물을 분무하는 것은 기존의 페인트와는 조금 상이하다. 일반적으로, 페인트는 용접 이음매 상의 모서리에 그리고 접근하기 어려운 영역에 축적되는 경향이 있으며, 실리케이트 페인트 조성물이 금속 안료, 예를 들어, 아연을 함유하면 문제가 더욱 더 두드러진다. 이 제품은 갈바닉 보호를 위해 아연 입자 사이에 충분한 접촉을 보장하도록 CPVC 비율보다 높은 PVC를 사용하여 제형화된다. 따라서, 금속성 안료를 갖는 실리케이트 코팅물은 너무 두꺼운 필름 두께로 적용되는 경우, 머드 크랙킹(mud cracking)에 대한 더욱 높은 위험을 가질 것이다. 결과적으로, 너무 높은 건조 필름 두께로 끝나지 않도록 하기 위해 추가 노력과 인력이 종종 여기에 소비된다.
기존의 실리케이트 제품은 총 건조 필름 두께가 40 내지 125 μm, 전형적으로는 75 μm로 규정되어 있지만, 모서리와 가장자리에서의 겹침과 높은 건조 필름 두께를 얻는 것은 불가피하다. 특히 구조 요소 사이에서 형성된 각도의 내부와 관련하여, 지정된 것보다 훨씬 더 큰 건조 필름 두께를 얻을 위험이 있다. 머드 크랙킹을 방지하기 위해 중요한 영역에 브러시로 뒤따라 작업해야 하는 경우가 종종 있다. 브러시로 과량의 페인트를 수동으로 제거하는 것은 시간이 많이 걸리며 이상적인 해결법은 아니지만, 대안은 더 나쁘다: 종종 정상적인 허용 한계를 초과하는 너무 높은 코팅 두께는 높은 경화 수축 응력을 유발하고 머드 크랙킹을 유발할 수 있다.
실리케이트 페인트 조성물을 너무 높은 필름 두께로 적용하면 머드 크랙킹이 나타난다. 이것은 적용된 필름 두께, 건조 공정 및 경화 사이의 좁게 정의된 상관관계가 "균형을 벗어난" 경우에 일어난다.
과거에는, 석면 섬유 및 섬유상 규산칼슘이 아연 알킬 실리케이트 조성물에 사용되어 왔다(예를 들어, US-3056684).
최근에는, 촉진제, 예컨대 염화아연 또는 염화마그네슘을 포함하는 보다 빠른 경화 제품이 출현했다. 빠른 경화는 전체 처리 시간을 줄여주며, 이는 페인트 도포업체 및 계약업체에게 매우 중요한 매개변수가 되었다. 그러나, 빠른 경화는 균열 수준(내부 응력)에 부정적인 영향을 미치기 때문에, 일정 수준까지만 경화를 증가시킬 수 있었다. 따라서 첨가될 수 있는 염화아연의 양은 제한된다.
경화 공정은 코팅의 표면에서 시작된다. 경화가 너무 빠르면, 코팅의 부드러운 미경화 부분은 경화 중에 축적된 응력을 "전달"하기에 충분한 강도를 갖지 않을 것이고, 표면 상에 머드 크랙킹이 발생하여 후속적인 접착력 손실, 응집력 및 부식 문제로 이어진다.
EP-2231789는 개선된 내균열성을 갖는 알킬 실리케이트 페인트 조성물을 개시한다.
도체의 온도를 감소시켜 도체의 저항을 감소시키도록 설계되는 가공 도체 코팅용 조성물과 관련하여, 상기 조성물은 수성이다.
그러나, 기존의 수성 코팅물이 갖는 문제는 수분 안정되기 위해 이것들이 예를 들어, 200-300℃에서 열 경화되어야 한다는 것이다.
80℃의 최대 작동 온도까지만 정격화되는 가공 도체를 열 경화시키는 것은 바람직하지 않을 수 있음이 명백할 것이다. 또한, 200-300℃의 범위 내, 즉, 도체의 최대 정격 작동 온도보다 또한 잠재적으로 높은 온도에서, 150-250℃의 최대 작동 온도에 대해 정격화되는 가공 도체를 열 경화시키는 것은 또한 바람직하지 않을 수 있다.
당업자에 의해 이해될 것이듯이, 80℃의 최대 작동 온도까지 정격화된 알루미늄 도체에 잠재적으로 연장된 시간(24시간) 동안 200-300℃의 범위에서 고온 열 경화 공정을 실시하면 알루미늄의 어닐링을 유발하여 알루미늄 도체의 결정 구조 및 특성을 변화시킬 위험이 상승한다.
또한 수성 알칼리 금속 실리케이트로 코팅되는 새로운 가공 도체에 제조 공정의 일부로 열 경화 단계를 거칠 수는 있지만, 경화되어 가공 도체용 온도 제어 코팅물을 형성하도록 경화되는 조성물로 기존의 가공 도체를 제자리(in situ)에서 개조하려는 경우에 상당한 실용적이고 경제적인 문제가 발생함이 명백할 것이다. 실제로, 많은 상황에서 최대 300℃의 온도에서 적용된 코팅물을 예를 들어, 24시간의 일정 기간 동안 경화시킴으로써 대형의 가공 도체 네트워크를 개조하려는 시도는 비실용적일 것임이 인식될 것이다.
따라서, 높은 수준의 기존 열 배열에 대한 이들의 요건으로 인해 80℃로 정격화된 도체(시장의 압도적 다수를 차지하는 ACSR)는 제외되고 개조될 수 없다.
따라서, 가공 도체를 코팅시키기 위한 개선된 조성물을 제공하는 것이 요망된다.
본 발명의 측면에 따르면, 가공 도체 코팅용 조성물로서,
반사제;
≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제;
비수성 용매; 및
하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물이 제공된다.
EP-2231789(Fiedler)는 그 중에서도 ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제를 포함하는, 가공 도체 코팅용 조성물의 제공을 개시하고 있지는 않다.
따라서, EP-2231789(Fiedler)는 본 발명과 관련된 것으로 간주되지 않는다.
바람직한 실시양태에 따르면, 상기 반사제는 금홍석 이산화티타늄(TiO2)을 포함한다.
상기 금홍석 이산화티타늄(TiO2)은 다음의 평균 입자 크기("aps")를 가질 수 있다: (i) ≥100 nm; (ii) 100-200 nm; (iii) 200-300 nm; (iv) 300-400 nm; (v) 400-500 nm; (vi) 500-600 nm; (vii) 600-700 nm; (viii) 700-800 nm; (ix) 800-900 nm; 및 (x) 900-1000 nm.
금홍석 이산화티타늄(TiO2)은 바람직하게는 실질적으로 구형 입자를 포함한다.
다른 실시양태에 따르면, 상기 반사제는 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5), 산화아연(ZnO) 또는 산화구리(CuO)를 포함할 수 있다.
광촉매제는 ≥75%, ≥80%, ≥85%, ≥90%, ≥95% 또는 ≥99% 중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다.
한 실시양태에 따르면, 상기 반사제는 백색 충전제를 포함할 수 있다.
상기 백색 충전제는 다음을 포함할 수 있다: (i) 산화마그네슘(MgO); (ii) 산화칼슘(CaO); (iii) 산화알루미늄(Al2O3); (iv) 산화아연(ZnO); (v) 탄산칼슘(CaCO3); (vi) 규산알루미늄(Al2SiO5); (vii) 이산화티타늄(TiO2); 또는 (viii) 황산바륨(BaSO4).
상기 조성물은 다음 중 하나와 같은 무기 충전제를 바람직하게 포함하는 방출제를 추가로 포함할 수 있다: (i) 탄산칼슘(CaCO3); (ii) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2); 또는 (iii) 활석(수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)).
용매는 화학식 (CH3)2C6H4을 갖는 자일렌, 자일롤 또는 디메틸벤젠, 화학식 (CH3)C6H5를 갖는 톨루엔, 화학식 C2H5OH을 갖는 에탄올, 화학식 CH3CH(OH)CH3을 갖는 이소프로판올, 화학식 C2H5OC2H4OH을 갖는 2-에톡시에탄올, 화학식 CH3C(O)OC2H4OC2H5을 갖는 2-에톡시에틸 아세테이트를 바람직하게 포함한다.
　하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제는 75-100% 가수분해로 사전 가수분해될 수 있다.
　알킬 실리케이트 결합제는 메틸 실리케이트, 에틸 실리케이트, 프로필 실리케이트, 부틸 실리케이트, 펜틸 실리케이트, 헥실 실리케이트, 헵틸 실리케이트 또는 옥틸 실리케이트를 포함할 수 있다.
알킬 실리케이트 결합제는 n-프로필 실리케이트, 이소프로필 실리케이트 또는 부틸 오르토실리케이트를 포함할 수 있다.
바람직하게는 알킬 실리케이트 결합제는 비-플루오린화된다.
알킬 실리케이트 결합제는 헥사메틸디실라잔(HMDS), 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 테트라메틸 오르토실리케이트(TMOS), 메틸트리메톡시실란(MTMS), 비닐트리메톡시실란(VTMS), 트리메톡시페닐실란, (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES), 트리에톡시(옥틸)실란(C8-TEOS), 3-(2-아미노에틸아미노)프로필디메톡시메틸실란(AEAPS), (3-글리시딜옥시프로필)트리메톡시실란(GPTMS), [3-(메타크릴로일옥시)프로필]트리메톡시실란(MAPTS), 헥사데실트리메톡시실란, (3-메르캅토프로필)트리메톡시실란(MPTMS) 또는 트리에톡시페닐실란으로부터 선택될 수 있다.
상기 조성물은 염화아연(ZnCl2) 또는 염화마그네슘(MgCl2)을 포함하는 경화제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 조성물은 레올로지 제제(예를 들어, 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH)) 및/또는 가요성 제제(바람직하게는 폴리디메틸실록산("PDMS" (C2H6OSi)n)를 추가로 포함할 수 있다.
　본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술된 바와 같은 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된 가공 도체로서, 사용 시에 상기 조성물이 경화되어, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성하는 가공 도체가 제공된다.
상기 코팅물 또는 필름은 바람직하게 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 ≥0.90의 평균 열 방사율 계수 E를 갖는다.
상기 코팅물 또는 필름은 바람직하게 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 ≥0.80의 평균 태양 반사율 계수 R을 갖는다. 더 바람직하게는, 상기 코팅물 또는 필름은 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 ≥0.90의 평균 태양 반사율 계수 R을 갖는다.
상기 코팅물 또는 필름은 바람직하게 실질적으로 백색이고 L*≥80, L*≥85, L*≥90 또는 L*≥95를 갖는다.
상기 코팅물 또는 필름은 바람직하게, ASTM E408(2013)에 따라 시험하였을 때 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 ≥0.90의 평균 열 방사율 계수 E 및/또는 ASTM E903(2012)에 따라 시험하였을 때 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 ≥0.90의 평균 태양 반사율 계수 R 및/또는 ≤0.10의 평균 태양 흡수율 계수 A를 갖는다.
ANSI C119.4-2004에 따라 시험하였을 때 상기 가공 도체는 상기 코팅물 또는 필름이 없는 동일한 가공 도체의 온도보다 낮은 온도에서 바람직하게 작동한다.
상기 가공 도체는 사용 시에 ≥2 kV, 2-50 kV, 50-100 kV, 100-150 kV, 150-200 kV, 200-250 kV, 250-300 kV, 300-350 kV, 350-400 kV, 400-450 kV, 450-500 kV, 500-550 kV, 550-600 kV, 600-650 kV, 650-700 kV, 700-750 kV, 750-800kV 또는 ≥800 kV의 전압에서 전력을 전송하도록 바람직하게 배열되고 적합화된다.
상기 가공 도체는 사용 시에 80℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 150℃, 160℃, 170℃, 180℃, 190℃, 200℃, 210℃, 220℃, 230℃, 240℃, 250℃, 260℃, 270℃, 280℃, 290℃, 300℃ 또는 >300℃의 최대 작동 온도까지 작동하도록 바람직하게 배열되고 적합화된다.
상기 가공 도체는 사용 시에 가공 철탑 사이에 매달리도록 배열되고 적합화된다.
상기 가공 도체는 하나 이상의 금속 도체를 바람직하게 포함한다.
상기 가공 도체는 하나 이상의 금속 케이블을 바람직하게 포함한다.
상기 하나 이상의 금속 도체 및/또는 하나 이상의 금속 케이블은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 바람직하게 포함한다.
가공 도체는 다음의 것들을 포함한다: (i) 전체 알루미늄 도체("AAC"), (ii) 전체 알루미늄 합금 도체("AAAC"), (iii) 알루미늄 도체 강심("ACSR") 도체, (iv) 알루미늄 도체 알루미늄 피복 강심("ACSR/AW") 도체, (v) 애리얼(areal) 연합 케이블("ABC"), (vi) 고온 저처짐("HTLS") 도체; (vii) 알루미늄 도체 복합 코어("ACCC") 도체; (viii) 알루미늄 도체 강철 지지("ACSS/MA") 도체; (ix) 알루미늄 도체 알루미늄 피복 강철 지지("ACSS/AW") 도체; (x) 내열성 알루미늄 합금 도체 강심("TACSR") 도체; (xi) 내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 강심("TACSR/AW") 도체 또는 (xii) 초내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 인바심("STACIR/AW") 도체.
상기 코팅물 또는 필름은 바람직하게 1-10 μm, 10-20 μm, 20-30 μm, 30-40 μm, 40-50 μm, 50-60 μm, 60-70 μm, 70-80 μm, 80-90 μm, 90-100 μm, 100-110 μm, 110-120 μm, 120-130 μm, 130-140 μm, 140-150 μm, 150-160 μm, 160-170 μm, 170-180 μm, 180-190 μm, 190-200 μm, 200-300 μm, 300-400 μm, 400-500 μm, 500-600 μm, 600-700 μm, 700-800 μm, 800-900 μm, 900-1000 μm 또는 > 1 mm 범위 내 두께를 갖는다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 바와 같은 하나 이상의 가공 도체를 포함하는 전력 또는 배전 시스템이 제공된다.
또 다른 측면에 따르면, 가공 도체에 필름을 코팅시키거나 적용하는 방법으로서,
가공 도체의 적어도 일부에 상술된 조성물을 적용하는 단계; 및
상기 조성물을 수분 경화에 의해서만 경화시켜서, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 단계를 포함하는 코팅시키거나 적용하는 방법이 제공된다.
수분 경화에 의해 상기 조성물을 경화시키는 단계는 상기 조성물을 주위 온도 이상으로 가열하는 것을 바람직하게는 포함하지 않는다.
　상기 방법은, 상기 조성물을 열 경화 단계를 이용하지 않고 경화시켜서, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 것을 바람직하게는 추가로 포함한다.
상기 조성물을 경화시켜서 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 단계는, 상기 조성물 및/또는 가공 도체 상에 형성되는 코팅물 또는 필름의 온도를 100℃, 90℃ 또는 80℃ 미만으로 유지하는 것을 바람직하게 포함한다.
　본 발명의 또 측면에 따르면, 가공 도체 코팅용 조성물을 형성시키는 키트로서,
(i) 반사제; (ii) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제; 및 (iii) 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 제1 부분; 및
(i) 비수성 용매를 포함하는 제2 부분을 포함하고,
여기서, 사용 시에 상기 제1 및 제2 부분이 함께 혼합되어 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성하기 위해 가공 도체의 적어도 일부에 적용되는 조성물을 형성시키는 키트가 제공된다.
상기 제1 부분은 다음 중 하나 이상을 바람직하게는 추가로 포함한다: (i) 방출제; (ii) 경화제; (iii) 가요성 제제; 및 (iv) 레올로지 제제.
상기 제2 부분은 다음 중 하나 이상을 바람직하게는 추가로 포함한다: (i) 방출제; (ii) 경화제; (iii) 가요성 제제; 및 (iv) 레올로지 제제.
상기 키트는, 상기 조성물을 하나 이상의 가공 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅 또는 적용하여 코팅물 또는 필름을 형성시키는 제1 장치를 바람직하게 추가로 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 가공 도체를 포함하는 가공 송전 또는 배선 선로를 개조하는 방법으로서, 상기 방법이
조성물을 가공 도체의 적어도 일부 상으로 분무, 페인팅, 코팅 또는 적용하는 단계로서, 여기서 상기 조성물이 (i) 반사제; (ii) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제; (iii) 비수성 용매; 및 (iv) 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 단계; 및
상기 조성물을 수분 경화에 의해서만 단독으로 경화시켜서, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 단계를 포함하는 개조 방법이 제공된다.
다양한 실시양태에 따르면, 상기 코팅물 또는 필름은 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 0.90-0.91, 0.91-0.92, 0.92-0.93, 0.93-0.94, 0.94-0.95, 0.95-0.96, 0.96-0.97, 0.97-0.98, 0.98-0.99 또는 0.99-1.00 범위 내 평균 열 방사율 계수 E를 가질 수 있다.
다양한 실시양태에 따르면, 상기 코팅물 또는 필름은 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 0.80-0.81, 0.81-0.82, 0.82-0.83, 0.83-0.84, 0.84-0.85, 0.85-0.86, 0.87-0.88, 0.88-0.89, 0.89-0.90, 0.90-0.91, 0.91-0.92, 0.92-0.93, 0.93-0.94, 0.94-0.95, 0.95-0.96, 0.96-0.97, 0.97-0.98, 0.98-0.99 또는 0.99-1.00 범위 내 평균 태양 반사율 계수 R 및/또는 0.00-0.01, 0.01-0.02, 0.02-0.03, 0.03-0.04, 0.04-0.05, 0.05-0.06, 0.06-0.07, 0.07-0.08, 0.08-0.09 또는 0.09-0.10 범위 내 평균 태양 흡수율 계수 A를 가질 수 있다. 따라서, 평균 태양 반사율 계수 R은 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 일반적으로 R ≥0.80, 바람직하게는 ≥0.90이다.
본 발명은, 본 발명에 따른 가공 도체가 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 높은 평균 열 방사율 계수 E(즉, E ≥ 0.90) 및 또한 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 높은 평균 태양 반사율 계수 R(즉, R ≥ 0.90) 둘 모두를 갖기 때문에 당업계에서 상당한 진보성을 나타낸다.
단일 흑색 코팅물을 갖는 공지된 도체는 높은 열 방사율 계수 E를 갖지만 좋지 않은 태양 반사율 계수 R을 가짐이 상기될 것이다. 반대로, 단일 백색 코팅물을 갖는 다른 공지된 도체는 높은 태양 반사율 계수 R을 갖지만 좋지 않은 열 방사율 계수 E를 갖는다.
따라서, 본 발명에 따른 단일의 코팅된 도체는 기존의 단일 코팅된 도체에 비해 온도 감소 성능 면에서 현저히 개선된 성능을 갖는다. 본 발명에 따른 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 또한 일부 공지된 단일 코팅물, 예컨대 산화마그네슘 백색 페인트와는 다르게 좋거나 탁월한 내식성을 갖는다.
중요한 것은, ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하고 ≤100 nm의 평균 입자 크기를 바람직하게 갖는 광촉매제를 첨가하면, 코팅물에 부착되었을 수 있거나 다른 방식으로 부착될 수 있는 임의의 유기 물질을 광촉매적으로 전환시킨다. 특히, 예추석 이산화티타늄(TiO2)은 자외선 광에 의해 여기되어 하이드록실(OH-) 및 과산화물(O2 -) 라디칼을 생성시키고, 이는 표면 유기 물질을 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 분해시킬 것이다.
실시양태에 따르면, 광촉매제는 DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 또는 AEROXIDE(RTM) TiO2 P25로 공지된, 상업적으로 입수가능한 형태의 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다.
DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 산화티타늄(TiO2)은 기존의 분말 형태의 이산화티타늄(TiO2)이다. P25 산화티타늄의 특성이 상세히 조사되었고 Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 216(2-3): 179-182를 참고하는데, 이로부터 분말이 예추석:금홍석:무정형 78:14:8 비율로 이산화티타늄(TiO2)을 포함함이 발견되었다.
DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25는 70:30, 80:20 또는 85:15 예추석:금홍석 결정자를 포함하는 것으로 일반적으로 보고되며, 무정형 형태의 이산화티타늄(TiO2)의 존재에 대해서는 자주 언급되어 있지 않음을 유의한다.
DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 내 예추석 이산화티타늄(TiO2)의 평균 입자 크기("aps")는 대략 85 nm이고 DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 내 금홍석 이산화티타늄(TiO2)의 평균 입자 크기는 대략 25 nm임이 보고되었다.
이산화티타늄(TiO2)은 이것이 화학적으로 안정하고 생물학적으로 온화하기 때문에 유기 오염물질의 분해를 위한 본 발명의 실시양태에 따른 광촉매로 특히 바람직하다. 이산화티타늄(TiO2)의 밴드 갭은 3 eV 초과(금홍석의 경우 ~3.0이고, 예추석의 경우 ~3.2)여서, 순수한 이산화티타늄(TiO2)이 UV 광에 대해 주로 활성이게 한다.
DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25에 존재하는 다양한 다형체의 이산화티타늄(TiO2)의 특정 상 혼합물이 상승효과를 가지며, 순수한 상과 비교하여(즉, 순수한 금홍석 이산화티타늄(TiO2) 또는 순수한 예추석 이산화티타늄(TiO2)에 비해) 증가된 광촉매 활성이 관찰된다.
또한 순수한 예추석 이산화티타늄(TiO2)은 순수한 금홍석 이산화티타늄(TiO2)보다 높은 광촉매 활성을 나타냄이 일반적으로 용인된다.
예추석 이산화티타늄(TiO2)은 금홍석 이산화티타늄(TiO2)보다 더 큰 밴드 갭을 가짐이 공지되어 있다. 이것은 흡수될 수 있는 빛을 감소시키지만, 흡착된 분자의 산화환원 전위에 비해 가 전자대 최대값을 더 높은 에너지 준위로 올릴 수 있다. 따라서, 전자의 산화력이 증가될 수 있고, 이산화티타늄(TiO2)에서부터 흡착된 분자로의 전자 이동이 촉진될 수 있다.
US-9595368(Ranganathan)은 가공 도체 상에, 그리고 중간 층, 예컨대 도체의 방사율을 증가시키도록 설계된 PVDF 기반 코팅물 또는 무기 실리케이트 코팅 상에 직접적으로 광촉매적인 자체 세정 코팅물을 사용하는 것을 개시한다. 그러나, 이러한 배열은 여러 가지 이유로 차선책이다. 개시된 자체 세정 코팅물의 사용이 태양 반사층의 성능에 실질적으로 영향을 미칠 수 있기 때문에, 개시된 배열은 백색, 태양 반사 가공 도체에는 적합하지 않다.
예를 들어, US-9595368(Ranganathan)은, PVDF 결합제 중에 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 태양 반사층 상에, 제조업체의 적용 지침에 따라 KON CORPORATION(RTM) 자체 세정 층을 적용하였더니, 백색 코팅물의 태양 반사율이 0.89에서 0.77로 감소되었음을 개시한다. PVDF는 매우 낮은 표면 에너지를 갖는 플루오로중합체이다. 결과적으로, PVDF는 수성 및 용매 기반 코팅물 둘 모두를 높은 물 접촉각으로 밀어 내어, 이것이 코팅 상에 균일한 필름을 형성시키기에 대체로 어렵게 만든다.
이와 같이, US-9595368(Ranganathan)에 개시된 중간 층의 사용은 시간 경과에 따른 태양 반사율을 유지하기 위한 적절한 해결법이 아니다.
또한, 실리케이트에 직접 적용하는 경우, 중간 층 접근방식은 연속 제조 공정에서 적용 비용을 증가시킨다.
이것을 해결하기 위해, 본 발명은 태양 반사율 및 자체 세정 광촉매적 활성을 단일 층으로 통합시킨다. 이것은 적용의 복잡성/비용을 절감시킬 뿐만 아니라, 또한 자체 세정 탑 코트가 기저의 백색 반사 코팅물의 광학성에 실질적으로 영향을 미치지 않게 한다.
본 발명에 따른 단일 도체는 더 낮은 온도(예를 들어, 최대 80℃)에서 현저히 개선된 성능을 갖는다.
좋거나 탁월한 내식성과 함께 매우 높은 방사율 E(E ≥ 0.90) 및 또한 매우 높은 태양 반사율(R ≥ 0.90) 둘 모두를 갖도록 배열되는 단일의 코팅된 도체, 및 (도체 상에 부착될 수 있는) 유기 물질을 이산화탄소 및 물로 전환시키는데 효과적인 광촉매제를 제공하는 것은 공지되어 있지 않다.
다양한 실시양태에 따르면, 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체의 방사율 E는 E ≥0.91, E ≥0.92, E ≥0.93, E ≥0.94, E ≥0.95, E ≥0.96, E ≥0.97, E ≥0.98 또는 E ≥0.99일 수 있다. 유사하게, 다양한 실시양태에 따르면, 반사율 R은 R ≥0.91, R ≥0.92, R ≥0.93, R ≥0.94, R ≥0.95, R ≥0.96, R ≥0.97, R ≥0.98 또는 R ≥0.99일 수 있다.
다양한 공지된 기존의 접근방식과 본 발명에 따른 접근방식 간의 차이점은 이제부터 아래에서 더 상세히 논의될 것이다.
WO 2015/105972(Ranganathan)는 좋은 적외선 방사체인 카본 블랙 기반 중합체의 단일 중합체 층을 갖는 도체를 포함하는 배열을 개시한다. 방사율 E는 0.85(즉, 비교적 좋음)인 것으로 명시되어 있지만, 흡수율 A는 단지 ≤0.3(즉, 좋지 않음)인 것으로 명시되어 있다.
대조적으로, 본 발명에 따른 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 더 낮은 방사율 E≥0.85를 갖는 WO 2015/105972(Ranganathan)에 개시된 코팅물과 비교하여 개선된 방사율 E≥0.90를 갖는다. 또한, 중요하게는 본 발명에 따른 도체는 또한 (명시된 흡수율 계수 A≤0.3에 기반하여) R≥0.70의 훨씬 더 낮은 반사율을 갖는 것으로 명시되는 WO 2015/105972 (Ranganathan)에 개시된 도체의 반사율보다 현격히 더 우수한 현격히 개선된 태양 반사율 (R ≥0.90)을 갖는다.
US 2015/0194237(Ranganathan)은 광촉매제, 예컨대 예추석 산화티타늄을 포함하는 자체 세정 코팅물을 갖는 도체를 개시한다. 그러나, 광촉매에는 결합제가 제공되지 않는다 - 자체 세정 층은 중합체가 없는 것으로 설명되고, 광촉매는 중합체 결합제가 없는 것으로 설명된다. 따라서, US 2015/0194237(Ranganathan)은 무기 결합제를 포함하는 코팅물을 제공하는 것을 개시하지는 않는다. US 2015/0194237(Ranganathan)은 적외선에서 높은 열 방사율 E ≥90% 및 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에서 높은 태양 반사율 R ≥90% 둘 모두를 갖는 코팅물을 제공하는 것을 개시하지는 않는다.
WO 2014/025420(Davis)은 무기 결합제(예를 들어, 금속 실리케이트 또는 콜로이드 실리카(SiO2)) 및 방열제, 예컨대 탄화붕소(B4C), 이산화티타늄(TiO2) 또는 이산화규소(SiO2)를 포함하는 단일 층 코팅으로 가공 도체를 코팅시키는 것을 개시한다. 다수의 상이한 코팅물이 제형화되고 시험된 것으로 개시되어 있다.
WO 2014/025420(Davis)에 개시된 모든 다양한 상이한 제형 중에서 아마도 본 발명에 가장 가까운 제형은, 실리케이트 결합제(20중량%), 이산화규소(37중량%), 탄화붕소(3중량%) 및 물(40중량%)을 포함하는 코팅 #7인 것으로 간주된다. 전반적으로 공지된 코팅물은 L*이 43.495인 암회색을 갖는다. 암회색 코팅물은 0.882의 방사율 E를 갖는 것으로 명시되어 있고, 상기 방사율 E는 도체가 더 높은 방사율 계수 E≥0.90를 갖는 본 발명의 요건보다 낮다.
또한, WO 2014/025420(Davis)에 개시된 암회색 코팅물 #7의 태양 흡수율 A는, 태양 흡수율 계수 A≤0.10을 요구하는 바람직한 실시양태의 요건보다 현격히 더 높은 A = 0.86인 것으로 명시되어 있다. 동일하게, 암회색 코팅물 #7의 태양 반사율은 R = 0.14인데, 이는 도체가 높은 태양 반사율 R≥0.90을 가져야 하는 바람직한 실시양태의 요건보다 현격히 더 낮다.
따라서, WO 2014/025420(Davis)에 개시된 다양한 조성물은 본 발명과 특히 관련이 있는 것으로 간주되지 않는다.
US 2016/0032107(Siripurapu)은 도체를 단일 코팅물로 코팅시키는 코팅물을 형성시키는 2부분 구성의 키트를 개시한다. 상기 키트의 제1 부분은 충전제(구성 키트의 건조 중량으로 2-55%), 가교제(구성 키트의 건조 중량으로 5-20%) 및 방사율 제제(구성 키트의 건조 중량으로 6-42%)를 포함한다. 충전제는 석영 또는 산화알루미늄을 포함할 수 있다. 가교제는 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 산화마그네슘(MgO) 또는 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있다. 방사율 제제는 이산화규소(SiO2) 또는 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다. 상기 키트의 제2 부분은 알칼리 토금속 실리케이트 결합제(구성 키트의 건조 중량으로 20-65%)를 포함한다. 알칼리 토금속 실리케이트 결합제는 규산칼륨, 규산나트륨, 규산리튬, 규산칼슘 또는 규산알루미늄마그네슘을 포함할 수 있다.
US 2016/0032107(Siripurapu)에 2개의 실시예가 주어져 있다. 실시예 #1은 바람직한 실시양태의 요건(E≥0.90)보다 낮은 0.86의 방사율 E를 갖는다. 또한, 실시예 #1은 0.55의 높은 태양 흡수율 A를 가지며, 이는 흡수율 계수 A≤0.10를 요구하는 바람직한 실시양태의 요건보다 현격히 더 높다.
US 2016/0032107(Siripurapu)의 단락 [0004] 및 [0006]은, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 코팅물보다 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에서 훨씬 더 낮은 열 방사율 E ≥70%(적외선에서) 및 훨씬 더 낮은 태양 반사율 R ≥70%(흡수율 ≤30%)을 갖는 상이한 백색 코팅물이 공지되어 있음을 교시한다.
E ≥70% 및 태양 반사율 R ≥70%를 갖는 기존의 백색 코팅 도체는 E ≥90% 및 태양 반사율 R ≥90%를 갖는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 (백색의) 코팅된 도체보다 현격히 열등함이 당업자에 의해 이해될 것이다.
US 2016/0032107(Siripurapu)에 따르면, 이산화티타늄을 포함할 수 있는 6-42중량%의 방사율 제제를 포함하는 도체용 코팅 조성물이 개시되어 있다. 2개의 구체적인 실시예가 7 페이지("실시예 1" 및 "실시예 2")에 주어져 있고, 표 1을 참고한다. 특히 광촉매가 언급되어 있지 않기 때문에 이산화티타늄은 본 발명에 따른 덜 일반적인 예추석 형태가 아닌 금홍석 형태로 제공됨이 문맥으로부터 추정된다. US 2016/0032107(Siripurapu)에 개시된 것으로 추정된 금홍석 형태는 본 발명의 요건과 반대로 100 nm보다 큰 평균 입자 크기를 가질 가능성이 있다. 본 발명의 다양한 바람직한 실시양태에 따르면, 수백 nm의 평균 입자 크기를 갖는 금홍석 이산화티타늄의 형태로 추가적인 반사제가 제공될 수 있다. US 2016/0032107(Siripurapu)에 개시된 실시예 1의 방사율 및 태양 흡수율을 시험하였고, 결과가 US 2016/0032107(Siripurapu)의 표 3에 나타나 있다. 방사율 E는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 ≥90% 요건보다 낮은 86%인 것으로 명시되어 있음을 유의한다. 태양 흡수율 A는 또한 55%인 것으로 명시되어 있으므로, 상응하는 태양 반사율 R은 45%이다. 따라서, 방사율 E가 높지만(86%), 45%에서의 태양 반사율 R은 태양 반사율 R ≥90%를 필요로 하는 본 발명의 바람직한 실시양태의 요건보다 훨씬 낮음이 명백할 것이다.
따라서, US 2016/0032107(Siripurapu)은, 본 발명의 바람직한 실시양태에 의해 요구되는 방사율 E ≥90% 및 태양 반사율 R ≥90%를 갖는 코팅물을 제공하는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄을 포함하는 광촉매제를 갖는 단일의 코팅된 도체를 제공하는 것을 개시하지는 않는다.
US 2005/0266981(Nakajima)은, 본질적으로 완전히 가수분해된 유기 실리케이트를 포함하는 친수성 결합제에 분산된 광촉매 물질을 포함하는 액체 조성물(단락 [0002])을 제공하는 것을 개시하고 있다. 단락 [0093]에 따르면, 액체 조성물은 고전압 케이블에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시양태는 가공 송전 또는 배전 선로용의 단일의 코팅된 도체에 관한 것이다. US 2005/0266981(Nakajima)에 개시된 액체 조성물을 고전압 케이블에 적용하면 2개의 코팅물 - 제1 내부 절연 코팅물 및 제2 외부 친수성 코팅물-을 갖는 전기 도체가 얻어질 것이며, 이를 테면 본 발명의 바람직한 실시양태의 요건을 충족하지 않을 것이다.
WO 2007/034248(Simic)은 다수의 백색 코팅물을 개시한다. 하나의 개시된 코팅물은 산화마그네슘 알루미늄 산화물 페인트이다. 이것은 낮은 흡수율 및 높은 방사율을 갖는 것으로 보고된다. 본 발명의 바람직한 실시양태는, 본 발명에 따르면 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제가 포함된다는 점에서 상이하다. 또한, 산화마그네슘 산화알루미늄 페인트는 시험되었지만 WO 2007/034248(Simic)에 명시된 것보다 열등한 성능을 갖는 것으로 밝혀졌다. 상기 페인트는 또한 적용 및 경화에 문제가 있으며, 내구성이 있는 것으로 간주되지 않는다. 따라서, 산화마그네슘 산화알루미늄 페인트는 상업적 해결법을 제시하는 것으로 간주되지 않는다.
산화마그네슘을 코팅물로 사용하려는 시도가 갖는 또 다른 문제는 산화마그네슘이 매우 쉽게 부식되기 때문에 희생 부식 프라이머로 작용할 것이라는 점이다. 따라서, 산화마그네슘 코팅물의 광학적 특성은 오히려 급격히 저하될 것이다. 마그네슘은 엔지니어링 응용분야에 사용된 가장 전기화학적으로 활성인 금속이며, 일부 환경에서는 너무 쉽게 부식되어 마그네슘 및 마그네슘 합금은 강철 구조물, 예컨대 선박 선체 및 강관 상의 희생 양극으로 의도적으로 사용된다. 실온에서 또는 습한 대기 조건에서 보관된 마그네슘 및 마그네슘 합금은 산화마그네슘, 수산화마그네슘 및 탄산마그네슘으로 구성되는 조성적으로 가변된 표면 필름을 형성한다. 이러한 필름은 금속, 예컨대 알루미늄 및 스테인리스 강에 형성된 부동태 필름(passive film)보다 덜 안정하다.
또한 마그네슘이 풍부한 프라이머는, 부식 방지용 코팅물 인증을 위한 중요 시험인 염수 분무 시험(ASTM B117)에서 빠르게 실패하며 매우 초기에 심한 기포를 나타내는 것으로 관찰되었다.
따라서, WO 2007/034248(Simic)에 개시된 산화마그네슘 백색 페인트 코팅물은 본 발명과 관련이 있는 것으로 간주되지 않으며, 본 발명이 해결하고자 하는 문제에 대한 실질적인 상업적 해결법을 제공하는 것으로 간주되지 않는다.
WO 2007/034248(Simic)에 개시된 또 다른 조성물은 규산칼륨이 함유된 산화티타늄 백색 페인트이다. 그러나, 이것은 A = 0.17, 즉 본 발명의 요건보다 더 높은 명시된 흡수율을 갖는다.
따라서, WO 2007/034248(Simic)에 개시된 백색 페인트 조성물 중 일부가 처음에는 본 발명과 잠재적으로 관련이 있는 것으로 보일 수 있지만, 보다 상세한 고찰 및 추가 조사에 따르면 이것들의 성능은 본 발명에 따른 단일의 코팅된 도체보다 열등한 것으로 밝혀졌다.
FR-2971617(Nexans)은 백색 안료, 예컨대 산화마그네슘, 산화알루미늄 또는 황산바륨을 갖는 백색 페인트를 개시한다. 중합체 코팅물은 방사율 E ≥0.7 및 태양 흡수 계수 A ≤0.3을 갖는다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시양태의 요건이 충족되지 않음이 명백하다.
따라서, 가공 도체의 온도를 감소시킬 코팅물을 제공하는 다양한 공지된 접근방식은, 본 발명의 바람직한 실시양태의 이중 요건, 즉 매우 높은 방사율 E≥0.90 및 또한 매우 높은 태양 반사율 R≥0.90(또는 반대로 매우 낮은 태양 흡수율 A≤0.10)을 충족하지 않는 단일 코팅물을 제공하는 것으로 제한됨이 명백할 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 단일의 코팅된 도체는 상당히 개선된 온도 성능을 갖기 때문에, 본 발명은 당업계에서 상당한 진보성을 나타냄이 명백할 것이다. 그 결과, 본 발명에 따른 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 유리하게 감소된 전력 손실을 나타내고, 기존의 단층 코팅된 도체 또는 베어 도체에 비해 더 높은 전류용량을 추가로 유리하게 갖는다.
본 발명에 따른 단일의 코팅된 도체는 또한 일부 공지된 코팅물과 다르게 좋거나 탁월한 내식성을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 단일 코팅물의 유의미한 이점은, 도체 상에 부착되었을 수 있는 유기물을 이산화탄소 및 물로 전환시키도록 바람직하게 작용하는 광촉매제의 존재이다. 결과적으로, 본 발명에 따른 단일의 코팅된 도체는 가공 송전 또는 배전 선로에 적용된 다른 공지된 온도 감소 백색 코팅물보다 덜 변색될 것이며, 따라서 본 발명에 따른 이러한 코팅된 도체의 성능은 장기간에 걸쳐 높게 유지될 것이다. 이것은 더러워지고 변색되며 감소된 반사율을 가지게 됨으로 인해 비교적 짧은 시간 동안 성능이 현저히 저하되는 공지된 코팅된 도체와는 다르다.
따라서, 예추석 이산화티타늄(TiO2) 형태의 자체 세정 광촉매제를 포함하는 본 발명에 따른 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체가 유의미한 상업적 관심이 있음이 인식될 것이다.
광촉매제는 ≥75%, ≥80%, ≥85%, ≥90%, ≥95% 또는 ≥99% 중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 바람직하게 추가로 포함한다.
코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 사용 시에 주변 온도보다 높은 60-300℃ 또는 90-250℃의 온도에서 작동하도록 배열되고 적합화될 수 있다.
다양한 실시양태에 따르면, 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 반사제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 반사제는 금홍석 이산화티타늄(TiO2)을 바람직하게 포함한다. 상기 금홍석 이산화티타늄(TiO2)은 다음의 평균 입자 크기("aps")를 가질 수 있다: (i) ≥100 nm; (ii) 100-200 nm; (iii) 200-300 nm; (iv) 300-400 nm; (v) 400-500 nm; (vi) 500-600 nm; (vii) 600-700 nm; (viii) 700-800 nm; (ix) 800-900 nm; 및 (x) 900-1000 nm.
다양한 실시양태에 따르면, 금홍석 이산화티타늄(TiO2)은 (나노로드(nanorod) 구조를 갖는 것과 반대로) 실질적으로 구형 입자를 포함한다.
실시양태에 따르면, 상기 반사제는 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5)을 포함할 수 있다. 특히, 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5)은 다른 반사제, 예컨대 금홍석 이산화티타늄(TiO2)과 함께 제공될 수 있다.
상기 반사제는 다음과 같은 백색 충전제를 포함할 수 있다: (i) 산화마그네슘(MgO); (ii) 산화칼슘(CaO); (iii) 산화알루미늄(Al2O3); (iv) 산화아연(ZnO); (v) 탄산칼슘(CaCO3); (vi) 규산알루미늄(Al2SiO5); (vii) 이산화티타늄(TiO2); 또는 (viii) 황산바륨(BaSO4).
다양한 실시양태에 따르면, 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 방출제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방출제는 무기 충전제를 포함할 수 있고, 여기서 상기 무기 충전제는 다음 중 하나를 포함할 수 있다: (i) 탄산칼슘(CaCO3); (ii) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2); 또는 (iii) 활석(수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)).
다양한 실시양태에 따르면, 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 경화제를 추가로 포함할 수 있다. 경화제는 다음의 것들로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다: (i) 염화아연(ZnCl2); 또는 (ii) 염화마그네슘(MgCl2).
다양한 실시양태에 따르면, 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 레올로지 제제, 예컨대 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH)) 및/또는 가요성 제제, 예컨대 폴리디메틸실록산("PDMS" (C2H6OSi)n)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 코팅물 또는 필름은 바람직하게는 실질적으로 백색이고, 바람직하게는 L* ≥80, L*≥85, L*≥90 또는 L*≥95를 가지며, 즉 높은 정도 또는 수준의 백색도를 갖는다.
상기 코팅물 또는 필름은 바람직하게, ASTM E408(2013)에 따라 시험하였을 때 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 평균 열 방사율 계수 E ≥0.90 및/또는 ASTM E903(2012)에 따라 시험하였을 때 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 평균 태양 반사율 계수 R ≥0.90 및/또는 평균 태양 흡수율 계수 A ≤0.10을 갖는다.
ANSI C119.4-2004에 따라 시험하였을 때 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 상기 코팅물 또는 필름이 없는 동일한 하나 이상의 전기 도체의 온도보다 낮은 온도에서 바람직하게 작동한다.
하나 이상의 전기 도체는 본 발명에 따른 조성물로 바람직하게 코팅되고, 여기서 상기 조성물은 수분 경화에 의해 바람직하게 경화되어 하나 이상의 코팅된 도체를 형성한다. 하나 이상의 코팅된 도체는 사용 시에 ≥2 kV, 2-50 kV, 50-100 kV, 100-150 kV, 150-200 kV, 200-250 kV, 250-300 kV, 300-350 kV, 350-400 kV, 400-450 kV, 450-500 kV, 500-550 kV, 550-600 kV, 600-650 kV, 650-700 kV, 700-750 kV, 750-800 kV 또는 ≥800 kV의 전압에서 전력을 전송하도록 바람직하게 배열되고 적합화된다.
본 발명의 실시양태에 따른 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 사용 시에 80℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 150℃, 160℃, 170℃, 180℃, 190℃, 200℃, 210℃, 220℃, 230℃, 240℃, 250℃, 260℃, 270℃, 280℃, 290℃, 300℃ 또는 >300℃의 최대 작동 온도까지 작동하도록 바람직하게 배열되고 적합화된다.
코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 사용 시에 가공 철탑 사이에 매달리도록 바람직하게 배열되고 적합화된다.
하나 이상의 전기 도체는 하나 이상의 금속 도체를 바람직하게 포함한다.
하나 이상의 전기 도체는 하나 이상의 금속 케이블을 바람직하게 포함한다.
하나 이상의 금속 도체 및/또는 하나 이상의 금속 케이블은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 바람직하게 포함한다.
하나 이상의 전기 도체는 다음의 것들 중 하나 이상을 바람직하게 포함한다: (i) 전체 알루미늄 도체("AAC"); (ii) 전체 알루미늄 합금 도체("AAAC"); (iii) 알루미늄 도체 강심("ACSR") 도체; (iv) 알루미늄 도체 알루미늄 피복 강심("ACSR/AW") 도체; (v) 애리얼(areal) 연합 케이블("ABC"); (vi) 고온 저처짐("HTLS") 도체; (vii) 알루미늄 도체 복합 코어("ACCC") 도체; (viii) 알루미늄 도체 강철 지지("ACSS/MA") 도체; (ix) 알루미늄 도체 알루미늄 피복 강철 지지("ACSS/AW") 도체; (x) 내열성 알루미늄 합금 도체 강심("TACSR") 도체; (xi) 내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 강심("TACSR/AW") 도체; 또는 (xii) 초내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 인바심("STACIR/AW") 도체.
상기 코팅물 또는 필름은 바람직하게 범위 1-10 μm, 10-20 μm, 20-30 μm, 30-40 μm, 40-50 μm, 50-60 μm, 60-70 μm, 70-80 μm, 80-90 μm, 90-100 μm, 100-110 μm, 110-120 μm, 120-130 μm, 130-140 μm, 140-150 μm, 150-160 μm, 160-170 μm, 170-180 μm, 180-190 μm, 190-200 μm, 200-300 μm, 300-400 μm, 400-500 μm, 500-600 μm, 600-700 μm, 700-800 μm, 800-900 μm, 900-1000 μm 또는 >1 mm 내 두께를 갖는다.
본 발명의 측면에 따르면, 상술한 바와 같은 하나 이상의 단일의 코팅된 도체를 포함하는 가공 도체, 고 전압 가공 도체, 또는 전력 또는 배전 선로가 제공된다.
가공 송전 또는 배전 선로용의 단일의 코팅된 도체를 형성시키기 위해 하나 이상의 전기 도체를 코팅시키는 키트가 개시된다. 상기 키트는
(i) 알칼리 금속 실리케이트를 포함하는 무기 결합제; (ii) 나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO2)를 포함하는 중합제; 및 (iii) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제를 포함하는 제 1 부분; 및
(i) 경화제를 포함하는 제2 부분을 포함하고;
여기서, 사용 시에 상기 제1 및 제2 부분을 함께 혼합하여 제1 혼합물을 형성시키고, 그 후 제1 혼합물을 하나 이상의 전기 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅, 코팅 또는 적용하여 코팅물 또는 필름을 형성시키고, 여기서 상기 코팅물 또는 필름은 (바람직하게는 건조 또는 그렇지 않으면 탈수된 경우) 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 평균 열 방사율 계수 E ≥0.90, 및 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 평균 태양 반사율 계수 R≥0.90 및/또는 평균 태양 흡수율 계수 A≤0.10를 갖는다.
무기 결합제는 후속적으로 탈수, 건조 또는 그렇지 않으면 열 경화되는 수성 무기 결합제를 포함한다.
수성 무기 결합제는 단지 설명을 위해 개시되어 있음이 이해되어야 한다. 본 발명에 따르면, 비수성의 용매 기반 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물이 개시된다.
상기 제1 부분은 다음의 것들 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다: (i) 반사제; (ii) 방출제; (iii) 경화제; (iv) 가요성 제제; 및 (iv) 레올로지 제제.
상기 제2 부분은 다음 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다: (i) 반사제; (ii) 방출제; (iii) 경화제; (iv) 가요성 제제; 및 (v) 레올로지 제제.
상기 키트는, 상기 제1 혼합물을 하나 이상의 전기 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅 또는 적용하여 코팅물 또는 필름을 형성시키는 제1 장치를 추가로 포함할 수 있다. 일단 전기 도체(들)에 적용되면 제1 혼합물은 그 후 바람직하게 건조, 탈수 또는 경화되어 코팅물 또는 필름을 형성한다.
하나 이상의 전기 도체를 코팅시켜서 가공 송전 또는 배전 선로용의 단일의 코팅된 도체를 형성시키는 방법으로서,
코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물을 하나 이상의 전기 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅, 코팅 또는 적용하는 단계로서, 여기서 상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물이
(i) 알칼리 금속 실리케이트를 포함하는 무기 결합제;
(ii) 나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO2)를 포함하는 중합제; 및
(iii)≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제를 포함하고;
여기서, 상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물은 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 평균 열 방사율 계수 E≥0.90을 가지며 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 평균 태양 반사율 계수 R≥0.90 및/또는 평균 태양 흡수율 계수 A≤0.10을 갖는 단계를 포함하는 코팅 방법이 개시된다.
상기 무기 결합제는 수성 무기 결합제를 포함하고, 상기 방법은 무기 결합제를 탈수 또는 건조시키는 것을 추가로 포함한다. 상기 제1 혼합물은 건조되어 코팅물 또는 필름을 형성한다.
개시된 방법은 상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물을 열 경화시키는 단계를 추가로 포함한다.
그러나, 본 발명은 수성 조성물에 관한 것이 아니라, 비수성의 용매 기반 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물에 관한 것임이 이해되어야 한다.
하나 이상의 전기 도체를 포함하는 가공 송전 또는 배선 선로를 개조하는 방법으로서, 상기 방법이
코팅 또는 필름 또는 제1 혼합물을 하나 이상의 전기 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅, 코팅 또는 적용하는 단계로서, 여기서 상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물이
(i) 알칼리 금속 실리케이트를 포함하는 무기 결합제;
(ii) 나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO2)를 포함하는 중합제; 및
(iii)≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제를 포함하고;
여기서, 상기 코팅 또는 필름 또는 제1 혼합물이 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 평균 열 방사율 계수 E≥0.90을 가지며 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 평균 태양 반사율 계수 R≥0.90 및/또는 평균 태양 흡수율 계수 A≤0.10을 갖는 단계를 포함하는 개조 방법이 개시된다.
다양한 실시양태에 따르면, 상기 코팅물 또는 필름은 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 범위 0.90-0.91, 0.91-0.92, 0.92-0.93, 0.93-0.94, 0.94-0.95, 0.95-0.96, 0.96-0.97, 0.97-0.98, 0.98-0.99 또는 0.99-1.00 내 평균 열 방사율 계수 E를 가질 수 있다.
다양한 실시양태에 따르면, 상기 코팅물 또는 필름은 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 범위 0.90-0.91, 0.91-0.92, 0.92-0.93, 0.93-0.94, 0.94-0.95, 0.95-0.96, 0.96-0.97, 0.97-0.98, 0.98-0.99 또는 0.99-1.00 내 평균 태양 반사율 계수 R 및/또는 범위 0.00-0.01, 0.01-0.02, 0.02-0.03, 0.03-0.04, 0.04-0.05, 0.05-0.06, 0.06-0.07, 0.07-0.08, 0.08-0.09 또는 0.09-0.10 내 평균 태양 흡수율 계수 A를 가질 수 있다.
하나 이상의 전기 도체를 코팅시켜서 가공 송전 또는 배전 선로용의 단일의 코팅된 도체를 형성시키는 키트로서, 상기 키트가
(i) 알칼리 금속 실리케이트를 선택적으로 포함하는 무기 결합제; (ii) 나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO2)를 선택적으로 포함하는 중합제; 및 (iii) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 선택적으로 광촉매제를 포함하는 제1 부분; 및
(i) 경화제를 포함하는 제2 부분을 포함하고;
여기서, 사용 시에 상기 제1 및 제2 부분은 함께 혼합되어 제1 혼합물을 형성하고, 여기서 선택적으로 상기 제1 혼합물이 이후 하나 이상의 전기 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅, 코팅 또는 적용되어 코팅물 또는 필름을 형성하는 키트가 개시된다. 상기 제1 혼합물은 건조되어 코팅물 또는 필름을 형성한다.
상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물은 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 평균 열 방사율 계수 E ≥0.90 및 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 평균 태양 반사율 계수 R ≥0.90 및/또는 평균 태양 흡수율 계수 A ≤0.10을 갖는다.
하나 이상의 전기 도체를 코팅시켜서 가공 송전 또는 배전 선로용의 단일의 코팅된 도체를 형성시키는 방법으로서,
코팅 또는 필름 또는 제1 혼합물을 하나 이상의 전기 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅, 코팅 또는 적용하는 단계로서, 여기서 상기 코팅 또는 필름 또는 제1 혼합물이
(i) 알칼리 금속 실리케이트를 선택적으로 포함하는 무기 결합제;
(ii) 나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO2)를 선택적으로 포함하는 중합제; 및
(iii) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 선택적으로 광촉매제를 포함하는 단계를 포함하는 코팅 방법이 개시된다.
상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물은 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 평균 열 방사율 계수 E≥0.90을 바람직하게 가지며, 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 평균 태양 반사율 계수 R ≥0.90 및/또는 평균 태양 흡수율 계수 A≤0.10을 선택적으로 갖는다.
하나 이상의 전기 도체를 포함하는 가공 송전 또는 배선 선로를 개조하는 방법으로서, 상기 방법이
코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물을 하나 이상의 전기 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅, 코팅 또는 적용하는 단계로서, 여기서 상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물이
(i) 알칼리 금속 실리케이트를 선택적으로 포함하는 무기 결합제;
(ii) 나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO2)를 선택적으로 포함하는 중합제; 및
(iii)≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 선택적으로 광촉매제를 포함하는 단계를 포함하는 개조 방법이 개시된다.
상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물은 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 평균 열 방사율 계수 E≥0.90을 가지며, 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 평균 태양 반사율 계수 R≥0.90 및/또는 평균 태양 흡수율 계수 A≤0.10을 선택적으로 갖는다.
다양한 실시양태에 따르면, 상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물은 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 범위 0.90-0.91, 0.91-0.92, 0.92-0.93, 0.93-0.94, 0.94-0.95, 0.95-0.96, 0.96-0.97, 0.97-0.98, 0.98-0.99 또는 0.99-1.00 내 평균 열 방사율 계수 E를 가질 수 있다.
다양한 실시양태에 따르면, 상기 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물은 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 범위 0.90-0.91, 0.91-0.92, 0.92-0.93, 0.93-0.94, 0.94-0.95, 0.95-0.96, 0.96-0.97, 0.97-0.98, 0.98-0.99 또는 0.99-1.00 내 평균 태양 반사율 계수 R 및/또는 범위 0.00-0.01, 0.01-0.02, 0.02-0.03, 0.03-0.04, 0.04-0.05, 0.05-0.06, 0.06-0.07, 0.07-0.08, 0.08-0.09 또는 0.09-0.10 내 평균 태양 흡수율 계수 A를 가질 수 있다.
설명을 위해 주어진 다른 배열과 함께 본 발명의 다양한 실시양태가 이제부터 단지 예로서 그리고 첨부 도면을 참고하여 설명될 것이다:
도 1은 태양 복사에 의한 에너지 획득, 및 도체 복사에 의한 그리고 대류(바람)에 의한 에너지 손실을 포함한, 가공 전기 도체와 관련된 열 전달 메커니즘의 일부를 예시한다.
도 2a는 공지된 코팅된 도체의 측면도를 도시하며 도 2b는 공지된 코팅된 도체의 단면도를 도시한다.
도 3a는 공지된 단일의 코팅된 도체의 단면도를 도시하고, 도 3b는 코팅물을 갖는 공지된 6/1 ACSR 도체의 단면도를 도시하며, 도 3c는 코팅물을 갖는 공지된 26/7 ACSR 도체의 단면도를 도시하고, 도 3d는 코팅물을 갖는 공지된 54/19 ACSR 도체의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단일의 코팅된 도체를 도시한다.
도 5는 상이한 유형의 도체의 전류용량이 일사량(solar irradiance)의 함수로서 어떻게 변하는 지를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시양태에 따른 높은 태양 반사율을 갖는 층의 UV-VIS-NIR 흡광도 스펙트럼을 도시한다.
도 7은 도 6과 비교 목적으로 0.3-2.5 μm로부터의 태양 스펙트럼을 도시한다.
도 8은 시험 알루미늄 도체를 도시한다.
도 9는 일사량 피크 기간에 걸친 상이한 시험 도체의 평균 온도와 관련된 시험 데이터를 도시한다.
도 10은 일사량 피크 기간에 걸친 상이한 시험 도체의 평균 온도와 관련된 시험 데이터를 도시하며, 최대 250℃의 고온에서 작동하는 배열에 따른 단일의 코팅된 도체의 현격히 개선된 성능을 예시한다.
도 11은 파장의 함수로서의 예추석 및 금홍석 이산화티타늄(TiO2) 안료의 반사율을 도시한다.
도 12는 전류 순환 시험의 결과를 도시하며, 배열에 따른 코팅된 도체가 강심 알루미늄 도체("ACSR") 도체의 온도를 낮추는 데 특히 효과적이었음을 도시한다.
도 13은 배열에 따라 코팅된 도체에 대하여 수행된 전류 순환 시험의 결과를 주기 당 온도 감소(%) 면에서 도시한다.
도 14는 배열에 따라 코팅된 도체에 대하여 수행된 실외 냉각 성능 시험의 결과를 도시한다.
도 15는 영국에서 5월의 한 주 동안 배열에 따라 코팅된 도체와 코팅되지 않은 도체 사이의 온도 감소(%) 차를 도시한다.
도 16a는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 용매 기반 실리케이트로 코팅된 ACSR 샘플에 대한 전류 순환을 도시하며, 도 16b는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 용매 기반 실리케이트로 코팅된 ACSR 샘플과 관련된 전류 순환을 도시한다.
도 17은 코팅되지 않은(대조) 샘플과 비교하여 수성(비교 실시예 #2) 및 용매 기반 실리케이트(본 발명의 실시예 #1) 둘 모두의 실외 냉각 성능을 입증한다.
대중에게 개시되지 않았고 본 발명의 범위에 속하도록 의도되지 않으며 대신에 설명을 위해 제공되는 기존의 배열 및 다른 배열 둘 모두와 함께 본 발명의 다양한 실시양태가 이제부터 더욱 상세히 논의될 것이다.
도 1은 가공 도체(100)와 관련된 열 전달 메커니즘의 일부를 예시한다.
도체(100)의 온도를 상승시킬 2개의 주된 열 전달 메커니즘이 있다. 제1 열전달 메커니즘은 도체(100)의 태양 복사 가열이다. 도체(100)에 입사되는 태양 복사는 전기 도체(100)의 온도를 증가시킬 것임이 이해될 것이다.
도체(100)의 온도를 상승시킬 제2 열 전달 메커니즘(도 1에는 도시되지 않음)은 도체(100)을 통한 전류 전달로 인한 옴 손실의 효과이다. 도체(100)를 통한 전류 전달에 대한 도체(100)의 저항은 도체(100)의 줄 가열을 초래할 것이다.
따라서, 도체(100)의 태양 복사 가열과 줄 가열의 조합된 효과가 도체(100)의 온도를 상승시킬 것이다.
도체(100)의 에너지에서의 증가는, 도체(100)가 에너지를 잃을 수 있는 3개의 열 전달 메커니즘, 즉 복사, 전도 및 대류에 의해 상쇄될 수 있다.
전도에 의한 열 손실은 무시될 수 있다. (즉, 기류 또는 바람으로 인한) 대류에 의한 열 손실은 도체(100)의 지리적 위치에 의존할 것이다. 도체(100)는 세계의 더운 지역, 예컨대 미국 남부, 중동 또는 호주에 배치될 수 있다. 비연안 지역에서의 바람은 비교적 약할 수 있으므로, 대류에 의한 열 손실은 일반적으로 중요한 고려사항이 아닐 수 있다. 따라서, 도체(100)가 에너지를 잃을 수 있는 주된 메커니즘은 열 복사에 의한 것이다.
미국 남부, 중동 및 호주와 같은 세계의 지역에 통상적으로 배치되는 가공의 맨 도체가 상당히 고온에 도달할 수 있음은 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 미국 남부, 중동 및 호주와 같은 세계의 지역에 배치된 가공 도체의 작동 온도를 낮출 수 있다는 문제는 예를 들어, 전력 회사에게는 상당한 상업적인 관심사이다.
많은 국가에서 고압 전력선은 국가 기반시설의 일부를 형성하는 것으로 간주되므로, 국가 소유 및 통제를 받을 수 있다.
가공 송전 선로는 일반적으로 하나 이상의 전도성 전선으로 형성된 코어를 포함한다. 다양한 상이한 유형의 가공 도체가 공지되어 있다.
전체 알루미늄 도체("AAC")는 BS EN 50182 또는 IEC 61089에 따라 도체를 형성하도록 반대 방향의 연속적인 층으로 꼬여진 경 알루미늄 전선을 포함한다. AAC 도체는 상대적으로 단경간을 갖는 공중 배전 선로, 가공 급전선 및 변전소의 버스 바에 사용될 수 있다. AAC 도체는 강철이 존재하지 않기 때문에 높은 내식성을 갖는다. 기존의 AAC 도체는 전형적으로 80℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
전체 알루미늄 합금 도체("AAAC")는 IEC 61089, BS EN 50182 또는 ASTM 399에 따라 도체를 형성하도록 반대 방향의 연속적인 층으로 꼬여진 전체 알루미늄 합금("ALMELEC") 전선을 포함한다. AAAC 도체는 비교적 장경간을 갖는 송배전 전기 네트워크에서의 가공선에 주로 사용된다. 이것들은 또한 가공 전기 케이블을 지원하는 메신저로 사용된다. AAAC 도체는 강철이 존재하지 않기 때문에 높은 내식성을 갖는다. 기존의 AAAC 도체는 전형적으로 80℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
알루미늄 도체 강심("ACSR") 도체는 BS EN 50182, ASTM B 232 또는 IEC 61089에 따라 도체를 형성하도록 아연도금되거나 꼬여진 강선의 중앙 코어 위에 동심원으로 꼬여진 알루미늄 도체의 외부 층을 포함한다. ACSR 도체는 장거리 전력 전송에 널리 사용된다. ACSR 도체는 또한 가공 전기 케이블을 지원하는 메신저로 사용될 수 있다. 기존의 ACSR 도체는 전형적으로 80℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
알루미늄 도체 알루미늄 피복 강심("ACSR/AW") 도체는 ASTM B 549에 따라 도체를 형성하도록 알루미늄 피복 강철 솔리드 또는 연선의 중앙 코어 위에 동심으로 꼬인 알루미늄 도체의 외부 층을 포함한다. ACSR/AW 도체는 전력 전송에 사용되며, ACSR 도체와 같은 긴 가공선 경간에 이상적이지만, 좋은 내식성 외에도 저항 및 전류 전달 용량이 약간 더 우수하다. 기존의 ACSR/AW 도체는 전형적으로 최대 작동 온도 80℃까지 정격된다.
애리얼(areal) 연합 케이블("ABC")은 XLPE 절연으로 절연된 알루미늄 도체로 만들어지고, ICEA S 474-76 또는 BS EN 50182에 따라 2개(이중), 3개(삼중), 4개(4중) 또는 그 초과의 도체를 형성하도록 조립된다. 이것들은 기둥의 (상간 600V를 초과하지 않는 회로에서) 2차 가공선 또는 주거 건물에 대한 급전선(feeder)으로 사용된다.
최대 150-250℃의 훨씬 더 높은 작동 온도에서 작동하도록 설계되는 다양한 고온 저처짐("HTLS") 도체도 공지되어 있다.
공지된 HTLS 도체는 알루미늄 도체 복합 코어("ACCC") 도체, 알루미늄 도체 강철 지지("ACSS/MA") 도체, 알루미늄 도체 알루미늄 피복 강철 지지("ACSS/AW") 도체, 내열성 알루미늄 합금 도체 강심("TACSR") 도체, 내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 강심("TACSR/AW") 도체 및 초내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 인바심("STACIR/AW") 도체를 포함한다.
알루미늄 도체 복합 코어("ACCC") 도체는 경량 탄소-유리 섬유 복합재료의 중앙 코어 상에 사다리꼴 모양의 어닐링된 1350-O 알루미늄 전선의 하나 이상의 층을 갖는 동심의 꼬여진 도체를 포함한다. 하이브리드 탄소 복합 코어를 포함하는 ACCC 도체는 기존의 강철 코어보다 강하고 가볍다. ACCC 도체는, 총 중량을 늘리지 않고 대략 30% 더 많은 알루미늄이 사용될 수 있게 하는 이것의 더욱 경량의 코어에 추가하여 최대 180℃의 연속 작동 온도용으로 설계되었으므로, 기존의 ACSR 도체보다 두 배 더 많은 전류를 전달할 수 있다. ACCC 도체를 사용하면 동일한 직경 및 중량의 기존 ACSR 도체에 비해 동일한 부하 조건 하에서 선로 손실을 30-40%까지 감소시킨다. ACCC 도체는 더 큰 강도, 효과적인 자체 감쇠, 우수한 내피로성 및 낮은 팽창 계수를 가지고 있어서, 무거운 전기 부하 조건 하에서 도체 처짐을 줄인다. 결과적으로, ACCC 도체는 더 적거나 더 짧은 구조 사이의 경간을 늘리는 데 사용될 수 있다. ACCC 도체는 기존의 ACSR 도체보다 더 큰 내식성을 갖는다.
ACCC 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 기존 장력 및 여유공간과 함께 증가된 전류가 필요한 재전도 응용분야, 감소된 도체 처짐으로 인해 구조가 절약될 수 있는 신규 선로 응용분야, 높은 비상 부하가 필요한 신규 선로 응용분야, 및 바람으로 인한 진동이 문제인 선로에 특히 유용하다. ACCC 도체는 이것들의 좋은 내식성으로 인해 부식성 및 해안 환경에서도 사용될 수 있다. 기존의 ACCC 도체는 전형적으로 180℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
알루미늄 도체 강철 지지("ACSS/MA") 도체는, ACSS 도체 위의 기계적 부하의 대부분 또는 전부를 견디도록 설계되는 아연-5% 알루미늄 미쉬메탈 합금 코팅된 강철 전선의 중앙 코어 위에 꼬여진 어닐링된 알루미늄 1350-O 전선의 하나 이상의 층을 포함한다. ACSS 도체는 ASTM B 856에 따라 제조될 수 있다.
ACSS/MA 도체는, ACSS/MA 도체가 손상없이 최대 250℃의 고온에서 연속적으로 작동될 수 있다는 점을 제외하고 기존의 ACSR 도체와 유사하다. ACSS/MA 도체는 ACSR 도체보다 비상 부하 하에서 덜 처지고 자체 감쇠 특성을 가지며, 최종 처짐은 알루미늄의 장기간 크리프의 영향을 받지 않는다.
ACSS/MA 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 기존 장력 및 여유공간과 함께 증가된 전류가 필요한 재전도 응용분야에 특히 유용하다. ACSS/MA 도체는 감소된 도체 처짐으로 인해 구조가 절약될 수 있는 신규 선로 응용분야, 높은 비상 부하가 필요한 신규 선로 응용분야, 및 바람으로 인한 진동이 문제인 선로에도 사용된다. 기존의 ACSS/MA 도체는 전형적으로 250℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
알루미늄 도체 알루미늄 피복 강철 지지("ACSS/AW") 도체는, ACSS 도체 상의 기계적 부하의 대부분 또는 전부를 견디도록 설계되는 알루미늄 피복 강철 전선의 중앙 코어 위에 꼬여진 어닐링된 알루미늄 1350-O 전선의 하나 이상의 층을 포함한다. ACSS/AW 도체는 ASTM B 856에 따라 제조될 수 있다.
ACSS/AW 도체는 손상없이 최대 200℃의 고온에서 연속적으로 작동될 수 있다. 강철 위의 두꺼운 알루미늄 층(공칭 전선 반경의 대략 10%)으로 구성되는 알루미늄 피복 강철 코어는 ACSS/AW 도체에 강철의 높은 인장 강도 및 견고함과 함께 알루미늄의 가벼운 중량 및 좋은 전도성과 함께 ACSS 도체의 이점을 제공한다.
ACSS/AW 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 기존 장력 및 여유공간과 함께 증가된 전류가 필요한 재전도 응용분야에 특히 유용하다. ACSS/AW 도체는 감소된 도체 처짐으로 인해 구조가 절약될 수 있는 신규 선로 응용분야, 높은 비상 부하가 필요한 신규 선로 응용분야, 및 바람으로 인한 진동이 문제인 선로에도 사용된다.
ACSS/AW 도체는 강철 심선의 알루미늄 피복으로 인한 약간 더 큰 전류용량 및 내식성과 함께 ACSS 도체와 유사한 강도 특성을 갖는다. 기존의 ACSS/AW 도체는 전형적으로 200℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
내열성 알루미늄 합금 도체 강심("TACSR") 도체는 IEC 62004 및 IEC 60888 및 일반적으로 IEC 61089에 따라 아연 코팅된 강선(들)의 중앙 코어 위에 꼬여진 내열성 알루미늄 지르코늄 합금(AT1) 전선의 하나 이상의 층을 포함한다.
TACSR 도체는 최대 150℃의 연속 작동 온도용으로 설계되기 때문에 기존의 ACSR 도체보다 더 높은(150%) 부하 전류를 전달할 수 있다. TACSR 도체는 ACSR 도체과 동일한 설치 기술을 갖는다.
TACSR 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 증가된 전류가 필요한 신규 선로 응용분야에 특히 유용하다. 기존의 TACSR 도체는 전형적으로 150℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 강심("TACSR/AW") 도체는 IEC 62004 및 IEC 61232 및 일반적으로 IEC 61089에 따라 꼬여진 알루미늄 피복 강철(20SA 유형 A) 전선(들)의 중앙 코어 위에 꼬여진 내열성 알루미늄 지르코늄 합금(AT1) 전선의 하나 이상의 층을 포함한다.
TACSR/AW 도체는 최대 150℃의 연속 작동 온도용으로 설계되기 때문에 기존의 ACSR 도체보다 더 높은 부하 전류를 전달할 수 있다. TACSR/AW 도체는 TACSR 도체보다 증가된 내식성, 더 낮은 전기 저항 및 더 낮은 질량을 갖는다. TACSR/AW 도체는 ACSR 도체와 동일한 설치 기술을 갖는다.
TACSR/AW 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 증가된 전류가 필요한 신규 선로 응용분야에 특히 유용하다. TACSR/AW 도체는 이것들의 좋은 내식성으로 인해 부식성 및 해안 환경에 사용될 수 있다. 기존의 TACSR/AW 도체는 전형적으로 150℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
초내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 인바심("STACIR/AW") 도체는 IEC 62004 및 일반적으로 IEC 61089 및 IEC 61232에 따라 꼬여진 알루미늄 피복 인바 전선의 중앙 코어 위에 꼬여진 초내열성 알루미늄 지르코늄 합금(AT3) 전선의 하나 이상의 층을 포함한다. 인바는 매우 낮은 선 팽창 계수를 갖는 특수 Fe/Ni 합금이다.
STACIR/AW 도체는 최대 210℃의 연속 작동 온도용으로 설계되기 때문에 기존의 ACSR 도체보다 더 높은(200%) 부하 전류를 전달할 수 있다. 변곡점 너머에서, STACIR/AW 도체는 높은 작동 온도에서 처짐을 제어하는 인바 코어 단독의 확장(≤3.7 × 10-6/℃의 매우 낮은 값)으로 인해 처짐 증가를 경험한다. STACIR/AW 도체는 증가된 내식성을 가지며, ACSR 도체와 동일한 설치 기술을 갖는다.
STACIR/AW 도체는 가공 배전 및 송전 선로에 사용되며, 증가된 전류가 필요한 신규 선로 응용분야에 특히 유용하다. STACIR/AW 도체는 이것들의 좋은 내식성으로 인해 부식성 및 해안 환경에 사용될 수 있다. 기존의 STACIR/AW 도체는 전형적으로 210℃의 최대 작동 온도까지 정격된다.
따라서, 공지된 HTLS 도체는, 고전압 가공 전기 도체가 전형적으로 범위 150-250℃ 내 최대 작동 온도의 훨씬 더 높은 작동 온도에서 작동될 수 있게 한다.
도 2a는 WO 2015/105972(Ranganathan)에 개시된 바와 같은 공지된 코팅된 도체(200)의 측면도를 도시하고 도 2b는 단면도를 도시한다. 공지된 도체(200)는 외부 중합체 코팅물(201)로 둘러싸인 19개의 알루미늄 케이블 또는 전선(202)를 포함한다. 갭(203)은 외부 중합체 코팅물(201)과 개별 전도성 케이블 또는 전선(202) 사이에 존재할 수 있다. 외부 중합체 코팅물(201)은 도체(200)가 ANSI C119.4에 따라 시험될 때 도체(200)의 온도를 감소시키기 위해 제공된다.
도 3a는 중앙 알루미늄 코어(301) 및 단일의 외부 중합체 코팅물(302)을 갖는 또 다른 공지된 도체의 단면도를 도시한다.
도 3b는 6개의 알루미늄 전선(310)의 링으로 둘러싸인 중앙 강심 요소(303)를 포함하는 공지된 6/1 ACSR 도체의 단면도를 도시한다. 6개의 알루미늄 전선(310)의 각각은 중합체 코팅(302)을 갖는다.
도 3c는, 차례로 알루미늄 전선(310)의 제2 링에 의해 둘러싸인 알루미늄 전선(310)의 제1 링에 의해 둘러싸인 7개의 중앙 강심 요소(303)를 포함하는 공지된 26/7 ACSR 도체의 단면도를 도시한다. 알루미늄 전선의 상기 제2 외부 링은 가장 바깥쪽 중합체 코팅물(302)으로 둘러싸인다.
도 3d는 차례로 알루미늄 전선(310)의 제2 링에 의해 둘러싸인 알루미늄 전선(310)의 제1 링에 의해 둘러싸인 19개의 중앙 강심 요소(303)를 포함하는 공지된 54/19 ACSR 도체를 도시한다. 알루미늄 전선(310)의 상기 제2 링은 차례로 알루미늄 전선(310)의 제3 링에 의해 둘러싸인다. 알루미늄 전선(310)의 상기 제3 외부 링은 가장 바깥쪽(outermost) 중합체 코팅물(302)으로 둘러싸인다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단일의 코팅된 도체를 도시한다. 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 바람직하게는 알루미늄으로 된 내부 금속 도체(400)를 포함한다. 내부 금속 도체(400)는 하나 이상의 강심 요소(도시되지 않음) 및/또는 하나 이상의 복합 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 코팅물 또는 필름으로 코팅된 도체는 금속 도체(400)를 둘러싸는 제1 무기 코팅물(401)을 바람직하게 포함한다. 코팅물 또는 필름(401)은 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 자체 세정 광촉매제를 포함한다.
본 발명에 따르면, 평균 열 방사 계수 E ≥0.90 및 평균 태양 반사 계수 R ≥0.90 및/또는 평균 태양 흡수 계수 A≤0.10을 갖는 코팅물 또는 필름 또는 층(401)을 갖는 하나 이상의 전기 도체(400)가 제공된다.
하나 이상의 전기 도체(400)는 가공 송전 또는 배전 선로의 일부를 형성할 수 있다.
코팅물, 필름 또는 층(401)은 무기 결합제를 바람직하게 포함한다. 상기 무기 결합제는 다음의 것들을 포함할 수 있다: (i) 알칼리 금속 실리케이트; (ii) 나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO2)를 선택적으로 포함하는 중합제; (iii) 선택적으로 반사제, 예컨대 ≥250 nm의 평균 입자 크기를 갖는 금홍석 이산화티타늄(TiO2); 및 (iv) ≤100 nm의 평균 입자 크기를 선택적으로 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 선택적으로 포함하는 광촉매제. 이러한 무기 결합제가 수성 조성물에 제공된다.
그러나, 이러한 배열이 공지되어 있지 않음에도 불구하고, 수성 조성물은 본 발명의 의도된 범위에 속하는 것으로 의도되지 않는다.
대신에, 본 발명에 따르면, 상기 코팅물 또는 필름 또는 층(401)은 바람직하게는 용매 기반 조성물의 일부인 무기 결합제를 바람직하게 포함한다. 본 발명에 따르면, 가공 도체 코팅용 조성물이 제공된다. 상기 조성물은 수분 경화에 의해 바람직하게 경화되어 코팅물, 필름 또는 층(401)을 형성한다. 상기 조성물은 반사제; ≤ 100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제; 비수성(즉, 수성이 아닌) 용매; 및 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 바람직하게 포함한다.
코팅물 또는 필름 또는 층(401)은 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm의 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% 또는 90%에 걸쳐 평균 열 방사율 계수 E ≥0.90을 바람직하게 갖는다.
코팅물 또는 필름 또는 층(401)은 바람직하게는 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm의 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% 또는 90%에 걸쳐 평균 태양 반사율 계수 R ≥0.90 및/또는 평균 태양 흡수율 계수 A ≤0.10를 갖는다.
실시양태에 따르면, 코팅물 또는 필름(401)은 하나 이상의 전기 도체(400)의 적어도 일부 상에 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 단일의 코팅된 도체는 ASTM B117(염수 분무) 시험 절차에 따라 시험되었을 때 좋거나 탁월한 내식성을 갖는 것으로 시험되었고 밝혀졌다.
업계 표준 CIGRE 207-2002 도체 온도 계산 방법을 사용하여 높은 태양 복사를 갖는 지역에서 높은 태양 반사율 코팅을 갖는 단일의 코팅된 도체를 활용할 때의 중요성이 이제부터 입증될 것이다. 단지 설명을 위해, 북위 30°위치에 배치되고 8월 태양 복사에 12시간 노출되는 전력선이 고려될 수 있다. 공기 온도는 40℃인 것으로 모델링된다.
위의 조건 하에 1000A의 정전류를 전달하는 상이한 코팅물을 갖는 Drake ACSR 가공 전기 도체는 다음의 특성을 가질 것이다:
Figure pct00003
표 1
위의 표 1에 나타난 수치는 업계 표준 CIGRE 모델을 사용하여 계산되었고, 높은 반사율과 높은 방사율 둘 모두를 갖는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단일의 코팅된 도체는 회색 코팅물을 갖는 기존의 도체에 비해 거의 두 배의 냉각 효과(8.0℃와 비교하여 15.8℃, ×1.975)가 얻어지게 한다. 아래에서 상세히 설명된 바와 같이, 위의 계산은 두 개의 상이한 시험 장비(rig)를 사용한 실증적 시험을 통해 추가로 확인되었다.
증가된 방사율과 동시에 높은 반사율(즉, 태양 흡수의 증가 없이) 둘 모두를 갖는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단일의 코팅된 도체는, 특히 효과적이며 최대 100℃의 온도(위의 표 1에 따름)에서 그리고 범위 150-250℃ 내 고온(아래에 표시된 데이터)에서 또한 작동하는 기존의 배열에 비해 상당히 개선된 성능을 제공하는 것으로 보인다.
코팅물 또는 필름(401)은 백색 충전제를 포함할 수 있다. 백색 충전제는 예를 들어, 다음의 것들을 포함할 수 있다: (i) 산화마그네슘(MgO); (ii) 산화칼슘(CaO); (iii) 산화알루미늄(Al2O3); (iv) 산화아연(ZnO); (v) 탄산칼슘(CaCO3); (vi) 규산알루미늄(Al2SiO5); (vii) 이산화티타늄(TiO2); 또는 (viii) 황산바륨(BaSO4). 코팅물 또는 필름(401)은 하나 이상의 다른 백색 충전제를 포함할 수 있다.
무기 코팅물
다양한 실시양태에 따르면, 코팅물 또는 필름(401)은 무기 결합제를 바람직하게 포함한다. 무기 결합제는 수성 무기 결합제를 포함할 수 있거나, 보다 바람직하게는 용매 기반 무기 결합제를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시양태에 따르면, 무기 결합제는 용매 기반 무기 결합제를 포함한다.
본 발명의 주제가 아닌 수성 무기 결합제와 관련하여, 무기 결합제는 알칼리(또는 알칼리성) 금속 실리케이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알칼리(또는 알칼리성) 금속 실리케이트는 규산칼륨(K2SiO3)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 알칼리(또는 알칼리성) 금속 실리케이트는 규산나트륨을 포함할 수 있다. 규산나트륨은 메타규산나트륨(Na2SiO3), 오르토규산나트륨(Na4SiO4) 또는 피로규산나트륨(Na6Si2O7)을 포함할 수 있다. 알칼리(또는 알칼리성) 금속 실리케이트는 규산리튬(Li2SiO3), 규산칼슘(Ca2SiO4) 또는 오르토규산칼슘 또는 알루민산규산마그네슘(AlMgSiO4)을 포함할 수 있다.
수성 무기 결합제와는 다르게, 본 발명에 따르면 무기 결합제는 용매 기반 무기 결합제를 포함한다. 상기 용매 기반 결합제는 바람직하게는 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함한다.
제1 무기 코팅물(401)은 하나 이상의 브레이드(braid), 세라믹 섬유, 접착사(adhesives yarn) 또는 특수 테이프를 포함할 수 있다.
제1 무기 코팅물(401)은 반전도성일 수 있고, 1012 ohm-cm 이하의 체적 저항률(volume resistivity), 바람직하게는 1010 ohm-cm 이하의 체적 저항률, 보다 바람직하게는 108 ohm-cm 이하의 체적 저항률을 가질 수 있다.
제1 무기 코팅물(401)은 범위 140-150℃, 150-160℃, 160-170℃, 170-180℃, 180-190℃, 190-200℃, 200-210℃, 210-220℃, 220-230℃, 230-240℃, 240-250℃, 250-260℃, 260-270℃, 270-280℃, 280-290℃, 290-300℃ 또는 >300℃ 내 열 변형 온도를 가질 수 있다.
제1 무기 코팅뮬(401)은 ASTM 1960에 따른 2000시간의 외부 내후성 시험 후에 50% 이상의 파단신율 유지율을 가질 수 있다.
제1 무기 코팅물(401)은 0.15 W/m 이상의 열 전도율을 가질 수 있다.
코팅물 또는 필름(401)은 범위 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80 내 명도 값 L*을 덜 바람직하게 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, 코팅물 또는 필름(401)은 백색이고, 범위 80-90 또는 90-100 내 명도 값 L*을 가지며, 여기서 L* = 0일 때 관찰된 색상은 흑색이고 L* = 100일 때 관찰된 색상은 백색이다. 바람직한 실시양태에 따르면, 코팅(401)은 L* ≥80을 갖는다.
제1 무기 코팅물(401)에는 발수성 첨가제, 친수성 첨가제 및/또는 유전성 유체가 실질적으로 없을 수 있다.
충전제
본 발명의 다양한 실시양태에 따른, WO 2015/105972(Ranganathan)에 개시된 배열과 유사한 방식으로, 제1 무기 코팅물(401)은 하나 이상의 충전제를 포함할 수 있다. 제1 무기 코팅물(401)은 0-50%(전체 조성물의 중량 기준)의 농도로 하나 이상의 충전제를 함유할 수 있고, 상기 하나 이상의 충전제는 0.1-50 μm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 충전제 입자는 구형, 육각형, 플레이크형, 섬유 또는 리본형일 수 있다.
IR 반사 첨가제
본 발명의 다양한 바람직한 실시양태에 따른, WO 2015/105972(Ranganathan)에 개시된 배열과 유사한 방식으로, 제1 무기 코팅(401)은 하나 이상의 적외선 반사 안료 또는 첨가제를 포함할 수 있다. 하나 이상의 적외선 반사("IR") 안료 또는 첨가제는 예를 들어, 0.1-10중량%의 농도로 제1 무기 코팅물(401)에 포함될 수 있다. IR 반사 첨가제는 바람직하게는 백색이다.
안정제
본 발명의 다양한 바람직한 실시양태에 따른, WO 2015/105972(Ranganathan)에 개시된 배열과 유사한 방식으로, 하나 이상의 안정제가 예를 들어 0.1-5%(전체 조성물 또는 코팅물의 중량 기준)의 농도로 제1 무기 코팅물(401)에 포함될 수 있다.
하나 이상의 안정제는 광 안정제 및/또는 분산 안정제, 예컨대 벤토나이트를 포함할 수 있다. 안정제는 바람직하게는 백색이다.
코팅물 공정
제1 무기 코팅물(401) 또는 제1 혼합물은 분무 또는 페인팅에 의해 하나 이상의 도체(400), 예컨대 가공 케이블에 적용될 수 있다. 코팅물 또는 필름 또는 제1 혼합물은 (덜 바람직하게는) 수성일 수 있고, 예를 들어, 선택적으로 몇 시간에 걸친 열 경화에 의해 탈수 또는 건조될 수 있다.
그러나, 보다 바람직하게는 상기 코팅물 또는 필름은 용매 기반이고, 수분 경화에 의해서만 경화되며, 즉 열 경화되지 않는다.
제1 무기 코팅물(401)을 위한 하나 이상의 전도성 전선 또는 도체(400)의 표면을 준비하기 위해 하나 이상의 전처리 공정이 사용될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시양태에 따르면, 도체(400) 또는 하나 이상의 전도성 전선에는 화학 처리, 가압 공기 세정, 온수 처리, 스팀 세정, 브러시 세정, 열처리, 샌드 블라스팅(sand blasting), 초음파, 탈광(deglaring), 솔벤트 와이프(solvent wipe), 플라즈마 처리 등이 실시될 수 있다.
하나 이상의 가공 도체(400)의 표면은 샌드 블라스팅에 의해 탈광될 수 있다. 가공 도체는 도체(400)의 표면, 또는 코팅물 또는 필름(401)에 대해 하나 이상의 전도성 전선을 준비하기 위한 열처리 공정의 일부로서 23-250℃의 온도로 가열될 수 있다. 온도는 코팅물 또는 필름(401)에 따라 선택될 수 있다.
특정 실시양태에서, 코팅물 공정은 무용매 또는 본질적으로 무용매일 수 있다. 무용매, 또는 본질적으로 무용매는 제품의 총 중량에 대해 약 1% 이하의 용매가 임의의 공정에서 사용됨을 의미할 수 있다.
그러나, 바람직한 실시양태에 따르면, 코팅물 공정은 용매 및 수분 경화의 사용을 포함한다.
코팅된 도체의 특성
인식될 것이 듯이, 단일 코팅물 또는 단일층(401)의 적용은 케이블, 예컨대 가공 케이블에, 자체 세정 특성을 포함한 다수의 우수한 특성을 제공한다.
제1 무기 코팅물(401)은 도체(400) 또는 하나 이상의 전도성 전선의 외부 근방에 균일한 두께를 갖는 케이블을 제공할 수 있다. 제1 무기 코팅물(401)을 적용하는 각각의 방법은 상이한 양의 불균일함을 보상할 수 있다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시양태에 따른 코팅물 또는 필름 층(401)은 도체(400) 또는 하나 이상의 전도성 전선에 베어 도체에 비해 증가된 기계적 강도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시양태에 따르면, 단일의 코팅된 도체(400) 또는 하나 이상의 전도성 전선은 10 MPa의 최소 인장 강도를 가질 수 있고, 50% 이상의 최소 파단 신율을 가질 수 있다.
또 다른 이점으로서, 단일 코팅물(401)은 WO 2015/105972(Ranganathan)에 개시된 배열과 유사한 방식으로 도체(400) 또는 하나 이상의 전도성 전선에서 부식 및 들뜸현상(bird caging)에 대한 보호 층으로 작용할 수 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 베어 또는 액체 코팅된 도체는 시간이 지남에 따라 구조적 무결성을 잃을 수 있고, 도체 전선 가닥 사이의 임의의 공간에서 들뜸현상에 취약해질 수 있다. 대조적으로, 단일 코팅물(401)을 갖는 도체(400) 또는 하나 이상의 전도성 전선은 차폐되고 들뜸현상 문제를 제거할 수 있다.
또 다른 이점으로, 제1 무기 코팅물(401)은 수분 침투를 제거할 수 있고, 얼음 및 먼지 축적을 감소시킬 수 있으며, 코로나 저항을 개선시킬 수 있다.
또 다른 이점으로, 단일 코팅물(401)으로 코팅된 도체(400) 또는 하나 이상의 전도성 전선은 증가된 열 전도성, 증가된 방사율 및 감소된 흡수 특성을 가질 수 있다.
추가 이점으로, 제1 무기 코팅물(401)은 140-150℃, 150-160℃, 160-170℃, 170-180℃, 180-190℃, 190-200℃, 200-210℃, 210-220℃, 220-230℃, 230-240℃, 240-250℃, 250-260℃, 260-270℃, 270-280℃, 280-290℃, 290-300℃ 또는 >300℃의 온도를 포함한 더욱 고온에서 열 변형 저항을 가질 수 있다.
유리하게는, 제1 무기 코팅물(401)은 더 낮은 온도에서 가요성을 유지할 수 있고, 더 낮은 온도 범위에서 개선된 역 수축 및 낮은 열 팽창을 가질 수 있다.
제1 무기 코팅물(401)의 추가는 가공 도체(400)에 상대적으로 적은 중량을 추가할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단일의 코팅된 가공 도체의 중량 증가는 <5%, 5-10%, 10-15% 또는 15-20%일 수 있다.
더욱 추가의 중요한 이점은 제1 무기 코팅물(401)이 일부 공지된 단일 코팅물과 대조적으로 좋거나 탁월한 내식성을 갖는다는 것이다.
실험 데이터
CIGRE 기술 사양(601)에 따라 다양한 시뮬레이션이 수행되었고, 이에 대한 추가 상세내용은 아래에 주어져 있다.
정상 상태 상황에 대하여, 최대 예상 정격 또는 도체 온도를 계산하기 위해 고정된 날씨 및 도체 매개변수를 추정하였다. 환경 데이터는 아래에 상세히 설명된 대로 덥고 구름이 없고 햇볕이 잘 드는 아열대 사막 위치를 나타내도록 선택되었다.
Figure pct00004
표 2
작동 온도에서의 감소
일반적으로, 코팅되지 않은 새 도체는 방사율 E = 0.5 및 태양 흡수율 A = 0.5를 가질 것이다. 1년에 걸쳐 코팅되지 않은 도체의 방사율 E는, 도체의 표면이 유기물로 코팅되고/되거나 오염에 노출될 때 예를 들어, 약 0.8로 증가할 것이다. 유사하게, 흡수율도 연중 0.8로 증가할 것이다. 이 수치는 위치에 의존적이며, 예를 들어, 도체가 덜 오염된 위치에 놓이면 최종 값이 달라질 수 있음(예를 들어, 더 높거나 낮음)이 이해될 것이다.
아래의 표 3은 표면 특성의 함수인 전류 및 온도를 보여준다.
Figure pct00005
표 3
Drake ACSR 도체가 CIGRE 시뮬레이션에 일반적으로 사용됨이 이해될 것이다.
전류용량에서의 증가
아래의 표 4는, 바람직한 실시양태에 따른 완벽한 도체, 노화된 도체, 새로운 코팅되지 않은 도체, 및 코팅된 도체에 대한 전류용량이 하루 중 시간 및 상응하는 일사량에 따라 어떻게 변하는 지를 보여준다.
Figure pct00006
표 4
도 5는 이론적으로 완벽한 도체에 대하여 비교된 새로운, 노화된 그리고 이중 코팅된 도체(단지 설명을 위해 포함됨)의 하루 중 시간의 태양 강도에 대한 전류용량 또는 전류 용량의 플롯을 도시한다.
도 5는 변형된 도체의 전류용량이 이론적으로 완벽한 도체의 성능에 가깝게 실행됨을 도시한다(여기서, 상기 전류용량은 일사량 증가에 따라 감소하지 않음). 특히, 변형된 도체의 성능은 기존의 도체와 현저히 대조적으로 8시간 후에 높은 수준의 성능을 나타냄이 도 5로부터 확인된다.
실험실 환경에서의 기술 검증
초기 실험실 규모의 프로토타입을 제조하고, 전력선과 동일한 등급이지만 시험을 쉽게 하기 위해 평탄하게 구성된 평판 알루미늄 시트의 성능을 기반으로 시험하였다. 따라서, 원통형 케이블에 보다는 평판 시트에 코팅이 적용되었다.
광학적 개념 증명은 코팅물 또는 필름(401)이 최적의 복사 냉각을 생성하는 데 필요한 특정 파장에서 필요한 광학 성능(예를 들어, 높은 반사율, 높은 방사율)을 가짐을 입증함으로써 입증되었다.
또한, 전기적 개념 증명은 비교적 높은 전류를 전달할 때 변형된 도체가 코팅되지 않은 도체보다 훨씬 낮은 온도에서 작동함을 입증함으로써 입증되었다.
전기적 개념 증명 시험은 다음의 둘 모두를 포함하였다: (i) 여러 개의 평탄하게 코팅된 도체가 실외에서 시험되고 이 때 이것들의 온도가 출력인 정전류 시험; 및 (ii) 동일한 온도에서 여러 개의 상이한 코팅물을 시험하는 것을 포함하며 이 때 각각을 가열하는 데 필요한 전력량(wattage)이 출력인 항온 시험.
태양 반사층
태양 반사층의 UV-VIS-NIR 스펙트럼 분석은 ISN-723 적분구가 부착된 JASCO(RTM) V670 UV-VIS-NIR 분광계를 사용하여 타사에 의해 수행되었다. 적분구 부착으로 샘플에 의해 반사된 확산 복사(약 180°)를 수집할 수 있었다. 분석은 정반사율이 제외된 반사율 모드에서 수행되었다. 샘플의 각 측면으로부터 하나의 스펙트럼을 수집했다. 샘플을 또한 제2 측면의 분석을 위해 입사 빔 주위에서 90° 회전시켰다. 이것은 태양 스펙트럼(0.3-2.5 μm)에서 낮은 흡광도를 가져야 한다. 변형된 도체는 이것을 입증한다.
도 6은 본 발명의 한 실시양태에 따른 태양 반사층의 UV-VIS-NIR 흡광도 또는 반사율 스펙트럼을 도시한다. 상기 흡광도 또는 반사율 스펙트럼은, 태양 에너지의 90% 이상이 흡수되지 않아, 직사광선 아래에서 냉각을 촉진함을 입증한다. 특히, 반사율은 파장 범위 2.5-30.0 μm에서 적외선 복사의 열 방출을 방지하거나 방해하지 않도록, 유리한 2.5 μm 쪽으로 감소한다. 도 6을 참고하여 시험된 특정 태양 반사 층은 바람직한 실시양태에 따른 단일층 반사/방사 실리케이트 코팅을 포함하였다.
도 7은 도 6과의 비교 목적으로 태양 스펙트럼을 도시한다. 대기 상부의 태양 스펙트럼은 대체로 5250℃ 흑체 스펙트럼에 상응한다. 해수면에서의 태양 복사는 O2, H2O 및 CO2 분자에 의한 흡수로 인해 다양한 흡수 밴드를 보여준다.
정전류 전기적 개념 증명
장비 설계 및 실험 방법
본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 변형된 코팅물(401)이 전기 도체의 작동 온도를 낮추도록 기능함을 입증하기 위해 추가 시험이 수행되었다. 할당량(1350)의 여러 길이의 평탄한 알루미늄 도체를 포함하는 일련의 도체를 직렬로 연결시키고, 코팅되지 않은 도체 중 적어도 하나를 사용하여 시험하였다.
각 도체(들)의 상부 표면을 대기에 노출시키는 동시에, 도체(들)의 하부 표면은 CELOTEX(RTM) 폼 보드에 접착시켜서 단열시켰다. 그 후, DC 전류를 도체에 인가시킨 다음, 줄 가열로 인해 뜨거워지게 되었다. 알루미늄 도체(400)의 온도를 감소시키는 면에서 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단일 코팅물(401)의 효능을 입증하기 위해 코팅된 도체와 코팅되지 않은 도체의 온도 측정치를 얻었다. 센서를 도체 뒤에 장착시키고, 좋지 않은 열 연결의 영향을 줄이기 위해 도체와 절연체 사이에 위치시켰는데, 그렇지 않으면 이것들이 태양 복사에 직접 노출된 쪽에 연결될 경우 오차가 발생할 수 있다.
실험 설계의 인공물로 인한 성능 측정 가능성을 제거하기 위해 여러 장비가 설계되었고 반복적으로 최적화되었다. 이러한 환경 조건이 최종 제품의 작동 조건을 나타내므로 일광 및 자연 대류에 노출되었을 때 상이한 코팅물의 성능을 조사하는 것이 요망되었다.
외부 환경에서의 정전류 시험에 대해서는 표준이 없기 때문에, 실외 시험을 위해 새로운 목적으로 제작된 장비가 특별히 설계되었다. 실외 및 일광 아래에서 시험하고 절연 표면 장착 열전대를 사용하여 온도를 측정할 때, 여러 문제가 발생할 수 있다. 열전대는 도체의 표면에 광학적 불규칙성을 유발할 수 있다. 또한, 온도 구배는 도체의 표면에서부터 공기까지로 형성될 수 있고, 이 경우 열전대에서 도체까지의 거리에서의 작은 편차는 열전대 간 온도 측정 정확성에서의 큰 차이로 이어질 수 있다.
차례로, 열전대를 동등하게 단열하고 센서와 도체 사이의 열 구배에서 전위 차를 최소화한 시험 장비가 설계되었다. 치수가 50 × 450 × 600 mm인 CELOTEX(RTM) 단열재 조각이 시험 장비의 베이스로 사용되었다.
CELOTEX(RTM)는 공기보다 낮은 열 전도율을 가지며, 정전류 시험에 필요한 더 높은 온도에서 작동할 수 있다. CELOTEX(RTM) 단열재 후면에 구멍이 뚫려 있었고, 열전대 센서가 표면에 나사로 연결되었다. 이후, 센서 케이블의 몇 밀리미터를 당겨서, 상기 센서가 CELOTEX(RTM) 표면과 평행하게 놓이게 한다. 열전대 센서는 0.1 mm 두께의 고온 양면 접착 테이프에 의해 시험 스트립과 전기적으로 절연된 상태로 유지되어, 열전대가 도체의 중심선에서 1 mm 이내에 놓이게 고정되도록 맨 위에 놓였다. 이후, 알루미늄 도체를 상기 센서 최상부에 놓아서, 열전대가 CELOTEX(RTM)와 알루미늄 도체 사이에 숨겨져 센서와 도체 사이에 존재하는 열 구배의 가능성을 최소화하였다. 도 8에 도시된 바와 같이 물결 모양 또는 구불구불한 패턴 또는 모양으로 절단된 한 조각의 도체를 사용하여 도체와 전원 사이의 연결 수를 최소화하였다.
도 8은 다양한 치수가 표시된 알루미늄 시험 도체를 도시한다. 도체는 10개의 행을 포함하도록 배열되는데, 상기 10개의 행 중 외부의 2개는 전기 연결을 만드는데 사용되었고 내부의 8개는 코팅물 시험을 위한 것이었다. 이후, 물결 모양 또는 구불구불한 모양의 도체를 센서 위에 놓고, 열적으로 안정한 양면 테이프를 사용하여 아래에 고정했다. 알루미늄 도체는 합금 1350을 포함하였고 0.7 mm의 두께를 가졌다. 한 유형의 코팅물에서 또 다른 유형의 코팅물으로의 전환점은 반원 연결 곡선 부분을 통해 중간에 배열되었다.
최대 100℃의 온도 시험
다음의 4개의 상이한 도체 스트립을 시험하였다: (i) 코팅되지 않은 밝은 알루미늄(대조) 도체; (ii) 축합 경화된 실리콘 고무 결합제 중에 10중량% 탄화규소를 포함하는 회색 발광 코팅물을 갖는 도체; (iii) 아세톤 중에 1중량%의 카본 블랙을 포함하는 카본 블랙 층을 포함하는 흑색 방출 코팅물을 갖는 도체; 및 (iv) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함한 광촉매제를 포함하는 제1 또는 단일 층(401)을 포함하는 바람직한 실시양태에 따른 도체(400).
샘플을 800 W/m2 초과의 태양 복사 수준을 갖는 낮은 바람 조건 하에 실외에서 시험하였다. 두 가지 공칭 온도 범위를 시험하였다. 최대 100A의 전류를 공급하는 1.5V 배터리를 포함한 저전압 DC 전원 공급장치를 시험 장비에 연속적으로 연결하여, 도체에서 온도가 주위보다 대략 0-100℃ 더 높은 온도로 증가하였다. 주위 온도는 전형적으로 20℃였지만, 범위 10-30℃ 내였다.
피크에서 각 코팅물에 대해 평균 온도를 계산하였다. 주요 환경 조건은 다음과 같았다: (i) 10-30℃ 주위 온도; (ii) 낮은 바람(보퍼트 척도(Beaufort scale) 전형적으로 2-3); (iii) ≥800 W/m2 수직 일사량.
결과가, 피크 기간 동안 상이한 도체의 평균 온도를 도시하는 도 9에 나타나 있다. 이러한 온도에서, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단일의 코팅된 도체가 특히 유리함이 명백하다. 실증적 시험 데이터는 표 1을 참고하여 위에 표시되고 설명된 계산된 값과 일치한다. 따라서, 시험 데이터는, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단일의 코팅된 도체를 사용함으로써 일광의 존재 하에 태양 반사율을 증가시키는 것으로부터 발생하는 상당한 성능 이점을 입증한다.
최대 250℃의 온도 시험
다음의 3개의 상이한 도체 스트립을 시험하였다: (i) 코팅되지 않은 밝은 알루미늄(대조) 도체; (ii) 아세톤 중에 1중량%의 카본 블랙을 포함하는 카본 블랙 층을 포함하는 흑색 방출 코팅을 갖는 도체; (iii) ≤100 nm의 평균 입자 크기를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제를 포함하는 백색 코팅물을 갖는 바람직한 실시양태에 따른 도체.
샘플을 낮은 바람 조건 하에서 실외에서 시험하였다. 공칭 용량이 70AH인 6V 납 산 축전지를 사용하였다. 스트립을 최대 약 250℃까지 가열하기 위해 배터리를 점프 리드로 단락시켰다. 전류를 100-150A로 설정하였고 시험 장비에 연속적으로 연결시켜서, 코팅되지 않은 대조 도체가 249.5℃의 평균 온도에 도달하도록 도체에서 온도가 증가하였다.
피크에서 각 코팅물에 대해 평균 온도를 계산하였다.
결과가, 피크 기간 동안 상이한 도체의 평균 온도를 도시하는 도 10에 나타나 있다. 이러한 고온에서, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단일의 코팅된 도체가 특히 유리함이 다시 한번 명백하다. 특히, 시험 결과는, 대조 도체와 비교하여 단일 코팅물이 55.4℃의 온도 감소 효과를 제공함을 보여주며, 이는 매우 중요한 성능 이점을 나타낸다.
가공 도체의 용량을 증가시키는 자체 세정 광자 코팅물
본 발명은 특히, 코팅이 자체 세정되도록 하기 위해 가공 도체(400) 상에 제공된 코팅물(401)에 광촉매제를 포함시키는 것에 관한 것이다. 특히, 광촉매제가 자외선("UV") 광으로 여기될 때, 광촉매제는 바람직하게는 하이드록실(OH-) 및 과산화물(O2 -) 라디칼을 생성시키고, 이는 가공 도체 상에 부착되었을 수 있는 표면 유기물을 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 바람직하게 분해시킨다는 의미에서 코팅이 자체 세정됨이 이해되어야 한다.
바람직한 실시양태에 따른 가공 도체(400) 상에 제공된 코팅물(401)은 바람직하게는 백색이다(또는 덜 바람직하게는 높은 정도의 백색도를 갖는 것으로 간주될 수 있다). 바람직한 실시양태에 따르면, 백색은 L* ≥80으로 정의될 수 있다.
이제 2개의 다음의 특히 바람직한 실시양태가 아래에서 더욱 상세히 논의될 것이다: (i) 2 부분의 키트로부터 형성된 단일 무기 층(401); 및 (ii) 1(one) 부분의 키트로부터 형성된 단일 무기 층(401).
표면 개질은 가공 도체의 성능을 증가시키는 비용 효과적인 방법으로 최근에 등장하였다. 이들은 태양 반사율 및 열 방사율 면에서 가공 도체의 외부 표면을 최적화함에 의해 작용한다. 태양 반사율(R) 및 열 방사율(E) 둘 모두가 높은 값(예를 들어, ≥0.9)을 가지면 가공 도체에 대하여 상당한 냉각 효과를 촉진한다. 작동 온도에서 이러한 감소는 도체의 저항을 감소시키고, 전류 전달 용량을 증가시킨다.
이것을 달성하기 위해 여러 코팅물 기반의 해결법이 제안되었다. 예를 들어, 다양한 무기 및 유기 기반 코팅물은 가공선의 작동 온도를 낮추는 것으로 공지되어 있다.
그러나, 공지된 코팅물은 주로 비백색이다. 또한, 백색 도체가 갖는 공지된 문제는 이것들이 시간이 지남에 따라 변색된다는 것이다.
기존의 단일 층(또는 단층) 백색 코팅 제품은 환경 오염물질에 노출됨에 따라 시간이 지남에 따라 먼지가 부착되고 변함없이 어두워질 것임이 당업자에 의해 인식될 것이다.
이와 같이, 열 방사율을 촉진하여 차례로 태양 흡수율을 증가시키는 기존의 배열에 특히 강조점이 있다. 가공 도체는 90℃ 이상에서 작동할 수 있으므로, 이 접근방식은 순 냉각 효과를 가져온다. 그러나, 본 발명에 따르면, 태양 반사율(R)이 또한 최대화되어, 이는 냉각력을 유리하게 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 방식으로 도체에 대하여 고반사 코팅물 및 고방사 코팅물 둘 모두를 제공함에 의해 실질적인 성능 이점이 나타난다.
대조적으로, 예를 들어, FR-2971617(Nexan) 및 WO 2007/034248(Simic)에 개시된 것들과 같은 기존의 배열은 시간이 지남에 따라 백색 코팅물이 어두워지고 변색되는 경향으로 인해 상업적인 관점에서 비효율적인 것으로 간주된다.
일정 기간 동안 초기 백색 코팅물의 점진적인 어두워짐은, 네트워크 운영자가 안정적인 수준의 태양 반사율 및 열 방사율에 따라 자신의 선로를 열적으로 신뢰성있게 정격화할 수 있어야 하기 때문에, 기존의 백색 코팅물을 가공 도체에 대한 해결법으로 독점적으로 만든다.
따라서, 최종 사용자와 네트워크 운영자는 새로운 또는 초기 태양 반사율이 아니라 노화된 태양 반사율에 따라 계획을 세워야 한다. 태양 반사율에서 크고 가변적인 강하는 가공선을 열적으로 정격화할 수 있어야 하는 네트워크 운영자의 관점에서 실용적이지 않음이 인식될 것이다.
도체의 표면은 또한 고출력 제트 세척으로 세척될 수 있었다. 그러나, 당업자는 특히 배전 또는 전력선이 고압 가공선일 것이라는 점을 고려할 때, 상업적, 안전 및 비용 관점에서 이것이 비실용적일 것임을 이해할 것이다.
자체 세정 효과를 제공하는 본 발명에 따른 광촉매제를 갖는 코팅물의 제공은 유리한 것으로 즉시 인식될 것이다.
본 발명에 따른 코팅물에 자체 세정 광촉매를 혼입시키는 경우의 특별한 이점은, 시간이 지남에 따라 유지보수가 거의 또는 전혀 요구되지 않는 내구성있는 백색 코팅물을 제공하는 능력이다. 본 발명의 다양한 실시양태에 따르면, (백색) 코팅물은 기존의 백색 코팅물보다 실질적으로 더 긴 기간 동안 높은 정도의 백색도(즉, L*≥80)를 유지할 것이다. 실시양태에 따르면, 표준 수준의 대기 오염에 노출될 때 무기한 기간 동안 상기 코팅물은 L*≥80을 갖는 백색으로 남아 있을 수 있다.
다양한 실시양태에 따르면, 자체 세정 능력은 백색의 반사 단층에 바람직하게 통합된다.
자체 세정 코팅물은 여러 작동 메커니즘을 가질 수 있다. 다양한 실시양태에 따르면, 상기 코팅물은 동시에: (i) 정전기 방지되어, 입자체 표면에 달라붙는 능력이 감소될 수 있고; (ii) 초친수성이어서, 지표수의 물 접촉각을 감소시켜 대기 중의 물의 존재 하에 표면 상의 표면 미립자 물질을 보다 효과적으로 수집하고 제거하도록 작용할 수 있고; (iii) 광촉매적일 수 있다.
특히 바람직한 실시양태에 따르면, 예추석 이산화티타늄(TiO2)이 광촉매제로 활용될 수 있다. 예추석 이산화티타늄(TiO2)은 3.2 eV의 밴드 갭(band gap)을 갖는 반도체로, 이것은 자외선 광으로 여기되면 하이드록실(OH-) 및 과산화물(O2 -) 라디칼이 생성되고, 이것은 바람직하게는 코팅 상에 부착된 표면 유기물을 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 분해시키는 작용을 한다.
2 부분 키트로부터 형성된 단일 무기 층
덜 바람직한 실시양태에 따른 자체 세정 백색 광자 코팅물은 키트의 2 부분을 함께 혼합시켜서 형성될 수 있다.
2 부분 조성물은 (i) 코팅 결합제 (A 부분의) 50-70중량%; (ii) 선택적으로 나노실리카("nS") (A 부분의) 2-5중량%; (iii) 선택적으로 하나 이상의 광학적 활성 안료, 예를 들어, 금홍석 이산화티타늄(TiO2) (A 부분의) 10-20중량%; (iv) 광촉매, 예를 들어, 예추석 이산화티타늄(TiO2) (A 부분의) 1.76%-2.75중량%; (v) 선택적으로 불활성 충전제 (A 부분의) 10-20중량%; 및 (vi) 선택적으로 아연 기반 공동 경화제 (A 부분의) 0.4-1중량%를 포함하는 제1 조성물(A 부분)을 포함할 수 있다.
2 부분 조성물은 (i) 물 (B 부분의) 50-70중량%; (ii) 선택적으로 레올로지 개질제 (B 부분의) 0.3-1중량%; (iii) 선택적으로 마그네슘 기반 공동-경화제 (B 부분의) 10-15중량%; (iv) 선택적으로 아연 기반 공동 경화제 (B 부분의) 1-3중량%; 및 (v) 선택적으로 수성 에멀젼 (B 부분의) 7-15중량%를 포함하는 제2 조성물(B 부분)을 바람직하게 포함한다.
그러나, 아래에서 상세히 설명될 것이듯이, 보다 바람직하게는 상기 조성물은 용매 기반 조성물을 포함한다.
코팅 결합제
광촉매제는 유기 물질을 산화시켜서 자체 세정 기능을 바람직하게 수행하기 때문에, 유기 결합제는 바람직하게는 이러한 목적을 위해 적어도 유의미한 정도로 사용되지는 않는다. 이와 같이, 결합제는 무기 결합제 또는 실질적으로 무기 결합제를 바람직하게 포함한다.
단지 설명을 위해 개시되는 배열에 따르면, 결합제는 알칼리 또는 알칼리성 금속 실리케이트 결합제를 포함할 수 있고, 상기 결합제는 수성일 수 있다. 예를 들어, 알칼리(또는 알칼리성) 금속 실리케이트는 규산칼륨(K2SiO3)을 바람직하게 포함한다. 대안적으로, 알칼리(또는 알칼리성) 금속 실리케이트는 규산나트륨을 포함할 수 있다. 규산나트륨은 메타규산나트륨(Na2SiO3), 오르토규산나트륨(Na4SiO4) 또는 피로규산나트륨(Na6Si2O7)을 포함할 수 있다. 알칼리(또는 알칼리성) 금속 실리케이트는 규산리튬(Li2SiO3), 규산칼슘(Ca2SiO4) 또는 오르토규산칼슘 또는 규산마그네슘(AlMgSiO4)을 포함할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 결합제는 수성이기보다는 용매 기반인 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함한다.
나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO 2 )
나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO)2를 첨가하여 Si:알칼리 금속 비율을 증가시켜서 코팅물의 중합을 증가시킬 수 있다. 생성되는 코팅물은 실록산 중합체를 포함할 수 있다. 나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO2)는 알루미늄에 대한 실리케이트의 내마모성 및 접착력을 증가시킬 수 있다. 또한, 나노실리카("nS") 또는 콜로이드 실리카(SiO2)의 첨가는 실리케이트 결합제의 고유 방사율을 더욱 증가시켜서 냉각 효과를 더욱 개선시킨다.
실록산(실리콘) 중합체
다양한 배열에 따르면, 실록산(실리콘) 중합체를 적어도 부분적으로 포함할 수 있는 단일 코팅이 형성될 수 있다.
참고 목적으로, 여러 상이한 실록산의 화학 구조가 아래 표 5에 나타나 있다.
Figure pct00007
표 5
가요성 및/또는 레올로지 첨가제
가요성 및/또는 레올로지 특성을 개선시키기 위해, 가요성 첨가제 및/또는 레올로지 첨가제가 코팅물에 선택적으로 첨가될 수 있다. 실시양태에 따르면, 40-50% 고형물의 수성 폴리디메틸실록산 ("PDMS") ((C2H6OSi)n)이 코팅물에 대한 가요성 첨가제로 사용될 수 있다. 폴리디메틸실록산 ("PDMS") ((C2H6OSi)n)은 유기물이지만, 주요 형성 블록은 실록산 기반이며 코팅물 내 광촉매제에 의해 산화되지 않는다. 레올로지 첨가제, 예컨대 하이드록시에틸셀룰로오스(CH2CH2OH)가 또한 첨가될 수 있다. 어떤 경우든, 가요성 첨가제 및/또는 레올로지 첨가제는 건조 필름 중량의 5% 미만을 바람직하게 포함한다.
적합한 레올로지 제제는 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 셀룰로스("HEC"), 카복시 메틸 셀룰로스("CMC"), 하이드록시 프로필 셀룰로스("HPC") 또는 소수성으로 개질된 HEC를 포함한다. 대안적으로, 알칼리 팽윤성 에멀젼("ASE"), 소수성 알칼리 팽윤성 에멀젼("HASE"), 소수성으로 개질된 에틸렌옥사이드 우레탄 레올로지 개질제("HUER"), 유기점토, 폴리아미드 및 발연 실리카가 사용될 수 있다.
소수화제
수분 안정성을 증가시키기 위해, 소수화제가 본 발명의 조성물/코팅물에 선택적으로 첨가될 수 있다. 적합한 소수화제는 강한 소수성 효과를 부여하는 기능성 폴리실록산을 포함한다. 상기 기능성 폴리실록산은 하나 이상의 아민 또는 플루오로-함유 기를 사용하여 개질될 수 있다. 폴리실록산 첨가제는 총 제형의 약 1 내지 약 5중량%의 양으로 첨가될 수 있고, 아민 기 또는 플루오로-함유 기를 사용하여 개질될 수 있다. 이러한 시스템은 수성 또는 10 용매 비함유일 수 있다. 상업적으로 입수가능한 예는 Silsan 1300(RTM), TEGO Phobe 1505(RTM) 및 RUCOSIL B-HS(RTM)를 포함한다.
광촉매적 활성 안료
특히 바람직한 실시양태에 따르면, 광촉매제가 도체 코팅물에 바람직하게 포함된다.
바람직한 실시양태에 따르면, 광촉매제는 (iii) ≤100 nm의 평균 입자 크기를 추가로 바람직하게 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다.
광촉매제는 도체 상에 제공된 코팅물에 부착되었을 수 있는 유기물의 광촉매적 전환을 바람직하게 초래한다. 특히, 예추석 이산화티타늄(TiO2)이 UV 광에 의해 여기되면, 하이드록실(OH-) 및 과산화물(O2 -) 라디칼이 생성되고, 이는 표면 유기물을 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 바람직하게 분해시킨다.
실시양태에 따르면, 광촉매제는 DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 또는 AEROXIDE(RTM) TiO2로 공지된, 상업적으로 입수가능한 형태의 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다.
DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 이산화티타늄(TiO2)은 분말 형태의 이산화티타늄(TiO2)이다. P25 이산화티타늄(TiO2)의 특성이 상세히 조사되었고, 예추석:금홍석:무정형 78:14:8 비율로 예추석, 금홍석 및 무정형 이산화티타늄(TiO2)의 혼합물을 포함하는 분말 형태의 이산화티타늄(TiO2)을 언급하는 Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 216(2-3): 179-182를 참고한다.
DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 이산화티타늄(TiO2)은 종종 70:30, 80:20 또는 85:15 예추석:금홍석 결정자를 포함하는 것으로 (부정확하게) 보고된다. 따라서, DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 이산화티타늄(TiO2) 내 무정형 형태의 이산화티타늄(TiO2)의 존재는 종종 (부정확하게는) 무시되는 것으로 보인다.
DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 내 예추석 이산화티타늄(TiO2)의 평균 입자 크기("aps")는 대략 85 nm이고, DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 내 금홍석 이산화티타늄(TiO2)의 평균 입자 크기("aps")는 대략 25 nm임이 보고되었다.
이산화티타늄(TiO2)은 이것이 화학적으로 안정하고 생물학적으로 온화하기 때문에 유기 오염물질의 분해를 위한 광촉매로 사용될 수 있다. 이산화티타늄(TiO2)의 밴드 갭은 3 eV 초과(금홍석의 경우 ~3.0이고, 예추석의 경우 ~3.2)여서, 순수한 이산화티타늄(TiO2)이 UV 광에 대하여 주로 활성이게 된다.
DEGUSSA(EVONIK)(RTM) P25 내 존재하는 다양한 다형체의 이산화티타늄(TiO2)의 특정 상 혼합물은 상승 효과를 가지며, 순수한 상과 비교하여(즉, 순수한 금홍석 이산화티타늄(TiO2) 또는 순수한 예추석 이산화티타늄(TiO2)에 비해) 증가된 광촉매 활성이 관찰된다.
순수한 예추석 이산화티타늄(TiO2)은 순수한 금홍석 이산화티타늄(TiO2)보다 더 높은 광촉매 활성을 나타냄이 또한 일반적으로 용인된다.
예추석 이산화티타늄(TiO2)은 금홍석 이산화티타늄(TiO2)보다 큰 밴드 갭을 가짐이 공지되어 있다. 이것은 흡수될 수 있는 빛을 감소시키지만, 흡착된 분자의 산화환원 전위에 비해 가전자대 최대값을 더 높은 에너지 준위로 올릴 수 있다. 따라서, 전자의 산화력이 증가될 수 있고, 이산화티타늄(TiO2)에서부터 흡착된 분자로의 전자 이동이 촉진될 수 있다.
광학적 활성 안료
상기 조성에 따라, 코팅물은 비-광촉매적 안료를 추가로 포함할 수 있다. 안료는 바람직하게는 백색이다. 특히 바람직한 실시양태에 따르면, 코팅물은 90% 이상의 총 태양 반사율을 갖도록 배열될 수 있다. 이것은 가시광의 흡수를 증가시키지 않으면서 태양 반사율을 바람직하게 촉진하는 광학적 활성 안료를 코팅물에 포함시킴으로써 부분적으로 성취될 수 있다.
광학적 활성 안료는 금홍석 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다.
다른 실시양태에 따르면, 광학적 활성 안료는 이산화규소(SiO2) 또는 수산화세륨(Ce(OH)3)을 포함할 수 있다.
충전제
무기 충전제는 안료 확장 및 열 방사율 증가를 포함한 다수의 목적을 위해 포함될 수 있다. 안료는 바람직하게는 태양 복사의 흡수를 증가시키지 않는다. 다양한 실시양태에 따르면, 충전제는 탄산칼슘(CaCO3), 소성 카올린(Al2O3.2SiO2) 또는 활석(예를 들어, 수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시양태에 따르면, 고 휘도를 갖는 충전제, 예컨대 알루민산규산나트륨이 총 태양 반사율을 증가시키는데 사용될 수 있다.
경화제 - 공동 경화성 금속 염
배열에 따르면, 코팅물은 금속염을 포함할 수 있다. 특히, 다가 금속 양이온, 예컨대 Zn2+, Ca2+ 및 Mg2+은 알칼리 금속 실리케이트 코팅물(및 실록산 코팅물)의 점도를 증가시키고 경화 시간을 감소시킬 수 있다. 이것들을 추가하여 2부분 용액을 만들 수 있다. 첨가된 금속 염의 용해도는 코팅물의 가사 시간(pot-life)을 결정한다. 예를 들어, 고 용해성 금속 염, 예컨대 황산마그네슘(MgSO4)이 알칼리 금속 실리케이트 코팅물(또는 실록산 코팅물)과 쉽게 반응하며 가사 시간을 실질적으로 감소시킬 것이다. 바람직한 염은 산화아연(ZnO), 스테아르산아연(C36H70O4Zn), 오르토인산삼마그네슘(Mg3O8P2), 산화마그네슘(MgO) 및 탄산마그네슘(MgCO3)을 포함한다.
코팅물의 "가사 시간"에 대한 언급은, 화학 반응을 통해 경화되는 2팩 또는 다성분 코팅 시스템의 통상적인 의미로 이해되도록 의도된다. 이러한 시스템은 일반적으로 기본 성분(종종 "A 부분"이라 함) 및 촉매 또는 경화제 성분(종종 "B" 부분이라 함)으로 구성된다. 이러한 성분들이 함께 혼합되면, 화학 반응이 시작되어 코팅물의 경화가 일어날 것이다. 실제적인 측면에서, 용어 "가사 시간"은 코팅물의 성분을 조합시킨 후에서부터 혼합된 코팅물이 더 이상 사용될 수 없는 시점까지의 시간으로 간주될 수 있다. 가사 시간은 (비록 이것이 엄밀히 사실은 아니지만) 혼합된(촉매화된) 코팅 시스템이 표면에 적용하기에 충분히 낮은 점도를 유지하는 시간의 길이인 것으로 일반적으로 생각된다.
이러한 물질들을 조합시켜서 자체 세정 특성을 갖는 2 부분 실리케이트 코팅물을 제조하는데, 상기 코팅물은 알루미늄에 강력하게 부착되고 원통형 드럼 주위에 감긴 도체 상에 적용하는 데 필요한 충분한 가요성을 제공한다. 아연 기반 공동 경화제는, 빠른 경화 및 불용성 필름의 형성이 가능하도록 A 부분과 B 부분 둘 모두에서 중요하다. 다음 섹션은, 자체 세정율이 백색 표면 상에 부착된 먼지와 어떻게 비교되는 지를 입증한다.
원소 탄소 증착에 대한 자체 세정율
블랙 카본(BC)이 백색 표면 상에 증착되면, 입사광을 강하게 흡수하고 태양 반사율을 감소시키며 미적 외관을 저하시킬 것이다. 이러한 흡광도에서의 증가는 표면 온도에서의 증가를 초래하며, 이는 이러한 광자 코팅물의 냉각력에서의 감소를 의미한다. 이 시나리오에서 냉각력을 유지하기 위해서는, 블랙 카본이 제거되어야 할 것이다.
다양한 실시양태에 따른 도체는, EC(elemental carbon: 원소 탄소)인 그을음과 같은 입자상 물질(PM)에 의해 오염될 수 있다. 표면 상의 원소 탄소의 양을 측정하는 간단하고 비파괴적인 방법은 깨끗한 상태와 비교하여 표면의 백색도(L*)를 측정함에 의한 것이고, 여기서 L* = 0은 가장 어두운 흑색이며 L* = 100은 가장 밝은 백색이다.
L*을 측정함으로써 표면이 얼마나 깨끗한 지를 추정할 수 있음이 이해될 것이다. 또한 전 세계 여러 지역에서 광촉매적 자체 세정 코팅물의 성능을 예측하고, 태양 반사율을 유지하는 방법으로 이것의 효과를 평가하는 것이 또한 가능하다.
방법론
광촉매적 이산화티타늄(TiO2) 층의 효과를 평가하기 위해 다음의 2개의 측정항목이 비교될 것이다: (i) 8 μg cm-2의 블랙 카본이 코팅 표면 상에 축적되는데 걸린 시간의 양; 및 (ii) 8 μg cm-2의 블랙 카본이 표면으로부터 제거되는데 필요한 시간의 양.
분석되는 코팅물은 광촉매적 농도가 1.6중량%로 고정된 백색 실리케이트 코팅이다.
8 μg cm-2의 블랙 카본이 표면 상에 축적되는데 걸리는 시간은 대기 중 블랙 카본의 평균 농도 및 입자의 증착 속도에 의존한다.
증착 속도는 입자의 공기역학적 등가 직경("aed")에 의해 결정된다. 블랙 카본은 원소 탄소(EC)이며 PM2.5에 의해 주로 호스팅된다.
PM2.5는 ≤2.5 μm의 공기역학적 등가 직경("aed")을 갖는 입자 그룹이며, 이 크기의 입자에 대한 해당 증착 속도는 1.89×10-4 ms-1이다.
대기 중 블랙 카본의 평균 농도는 혼잡한 도로 및 산업 지역 옆에서는 농도가 최고가 되고 작은 지역에서는 빠르게 변할 수 있다.
상기 농도는 또한 하루 중 시간, 온도 및 습도에 따라 크게 가변된다. 아래에 사용된 데이터는 연간 평균으로 간주되며, 가능한 경우 도시/국가의 여러 위치에 대한 것이다.
싱가포르, 델리, 런던 및 겐트에서의 블랙 카본 농도는 문헌에서 발견된다.
아래에 언급된 기타 블랙 카본 농도는 Surface PARTiculate mAtter Network("SPARTAN")에서 수집한 데이터와 조합된 PM2.5 농도로부터 추정되었다.
SPARTAN은 필터 샘플러(TEFLON(RTM) 및 NUCLEPORE(RTM)) 및 신장계(nephelometer)를 사용하여 전 세계의 다양한 환경에서 PM2.5의 조성에 대한 데이터를 수집한다.
SPARTAN 데이터에 따르면, PM2.5에서 블랙 카본의 평균 분율은 11.9%(±8.2%)였다. 증착 속도가 설정된 다음, 8 μg cm-2의 블랙 카본이 축적되는 총 시간을 얻기 위해 확장시켰다.
대기 중 블랙 카본의 농도는 위치보다는 산업 및 자동차 교통 밀도와 강한 상관 관계가 있으므로, 이 문제에 대한 보다 일반적인 접근방식이 취해질 수 있고 다음의 추정치가 계산되었다: (i) 시골 1.2-1.7 μg m-3; (ii) 소도시 2.4-3.0 μg m-3; (iii) 대도시 4.6-7.9 μg m-3.
고정된 광촉매적 이산화티타늄(TiO2) 농도에 대해서는, 8 μg cm-2 의 블랙 카본을 제거하는 데 걸리는 시간은, 이것이 광촉매 공정을 일으키기 때문에 표면 상의 입사광의 강도에 따라 주로 달라진다.
빛의 강도는 위치에 따라 가변될 것이다. 각 위치에 대한 연간 수평 표면 상의 누적 총 태양 복사는 NASA POWER(전 세계 에너지 자원 예측(Prediction of Worldwide Energy resources)) 프로젝트에서 가져왔다. 이 데이터는, 데이터가 허용되었던 지난 10년 동안의 평균이었다. 국가의 경우, 누적 총 태양 복사 수치는 국가 내 각각의 주요 도시에 대한 태양열 데이터를 평균하여 얻었다.
이후, 축적된 태양 복사 데이터를 사용하여, 하루에 광촉매적 세정에 의해 표면 백색도(L*)가 회복되는 비율을 추정한 표면 회복율을 계산하였다. 이것은 각 위치에서의 평균 일사량에 유효 자체 유지보수("SM") 요소라고 하는 스칼라(scalar)를 곱하여 수행되었다. 자체 유지보수("SM") 요소는, 연구 환경에서 해당하는 총 일사량(즉, 태양 강도와 조사 지속시간의 곱)에 의해 정규화된 8 μg cm-2의 블랙 카본에 의한 총 색상(L*) 변화를 나타내는 스칼라이다. 8 μg cm-2의 블랙 카본 로딩을 갖는 1.6중량% 광촉매적 이산화티타늄(TiO2)에 대한 자체 유지보수 요소는 1.9 x 10-4 m2h-1W-1인 것으로 밝혀졌다.
이후, 표면 회복율을 사용하여, 8 μg cm-2 블랙 카본으로 오염된 표면에 의해 손실된 표면 백색도(L*)를 완전히 회복시키는 데 필요한 총 일수를 계산하였다.
1.6중량% 이산화티타늄(TiO2)에 대하여, L*의 손실은 11.2로 관찰되었다.
결과
Figure pct00008
표 6
*메모: 원소 탄소(EC)에 대한 실증적 데이터는 없다. 대신, 이것은 Surface PARTiculate mAtter Network("SPARTAN") 프로젝트에서 가져온 백분율과 함께 PM2.5 실증적 데이터의 전체 백분율(11.9%)을 사용하여 추정되었다.
평가된 위치에 대하여, 평균 표면 회복 시간은 8 μg cm-2의 블랙 카본의 증착 속도보다 대략 100배 빠르다.
따라서, 실리케이트 내 1.6중량% 광촉매적 산화티타늄(TiO2)은, 코팅물이 직면할 가능성이 있는 표준 조건에 대하여 매우 효과적인 자체 세정 층으로 작용할 것이다.
비-광촉매적 실시예 1A
다음의 실시예는 기본 비-광촉매적 코팅 조성물에 관한 것이다.
제1 조성물(A 부분) 및 제2 조성물(B 부분)을 포함하는 2 부분의 수성 무기 광자 코팅물을 제조하였다.
제1 조성물(A 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 규산칼륨(BETOLIN(RTM) K35, Woellner GmbH, Ludwigshafen) 68.3 p.b.w.; (ii) 500 nm의 평균 입자 크기를 갖는 금홍석 이산화티타늄(TiO2) 20 p.b.w.; (iii) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2) 7.4 p.b.w.; (iv) 활석(예를 들어, 수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)) 9.6 p.b.w.; (v) 스테아르산아연(C36H70O4Zn) 0.3 p.b.w.; 및 (vi) 산화아연(ZnO) 0.2 p.b.w.
제2 조성물(B 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 물 56.7 p.b.w.; (ii) 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH) 0.6 p.b.w.; (iii) 오르토인산삼마그네슘(Mg3O8P2) 9.4 p.b.w.; (iv) 탄산마그네슘(MgCO2) 6 p.b.w.; 및 (v) 산화아연(ZnO) 2.3 p.b.w.
"p.b.w."는 "중량부"를 지칭하며, 각 조성물에 포함될 성분의 상대적 비율을 나타내는 데 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
시약을 2개의 개별 비커에서 그 순서대로 혼합하였다. 이후, 이들을 1:1 비율로 혼합하고, 균일한 분산이 성취될 때까지 고속 혼합기를 사용하여 혼합하였다.
이 실시예는 광촉매적 활성 나노입자가 이 제형에 포함되지 않았기 때문에 광촉매적으로 활성이 아님을 유의해야 한다.
그러나, 기본 제형으로서 다음의 시험을 수행하였다: (i) 코팅 마무리; (ii) 맨드릴 굽힘 시험; 및 (iii) 코팅 마무리. 결과가 아래의 표 7에 제시되어 있다.
비-광촉매적 실시예 1B
다음의 실시예는 기본 비-광촉매적 코팅 조성물에 관한 것이다.
제1 조성물(A 부분) 및 제2 조성물(B 부분)을 포함하는 2 부분의 수성 무기 광자 코팅물을 제조하였다.
제1 조성물(A 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 규산칼륨(BETOLIN(RTM) K35, Woellner GmbH, Ludwigshafen) 68.3 p.b.w.; (ii) 500 nm의 평균 입자 크기를 갖는 금홍석 이산화티타늄(TiO2) 20 p.b.w.; (iii) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2) 7.4 p.b.w.; (iv) 활석(예를 들어, 수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)) 9.6 p.b.w.; (v) 스테아르산아연(C36H70O4Zn) 0.3 p.b.w.; 및 (vi) 산화아연(ZnO) 0.2 p.b.w.
제2 조성물(B 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 물 56.7 p.b.w.; (ii) 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH) 0.6 p.b.w.; (iii) 오르토인산삼마그네슘(Mg3O8P2) 9.4 p.b.w.; (iv) 탄산마그네슘(MgCO2) 6 p.b.w.; (v) 산화아연(ZnO) 2.3 p.b.w.; 및 (iv) 40% 고형물 아크릴 라텍스 에멀젼 첨가제 3.5 p.b.w.
시약을 2개의 개별 비커에서 그 순서대로 혼합하였다. 이후, 이들을 1:1 비율로 혼합하고, 균일한 분산이 성취될 때까지 고속 혼합기를 사용하여 혼합하였다.
이 실시예는 광촉매 활성 나노입자체 이 제형에 포함되지 않았기 때문에 광촉매적으로 활성이 아님을 유의해야 한다.
그러나, 기본 제형으로서 다음의 시험을 수행하였다: (i) 코팅 마무리; (ii) 맨드릴 굽힘 시험; 및 (iii) 코팅 마무리. 결과가 아래의 표 7에 제시되어 있다.
비-광촉매적 실시예 1C
다음의 실시예는 기본 비-광촉매적 코팅 조성물에 관한 것이다.
제1 조성물(A 부분) 및 제2 조성물(B 부분)을 포함하는 2 부분의 수성 무기 광자 코팅물을 제조하였다.
제1 조성물(A 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 규산칼륨(BETOLIN(RTM) K35, Woellner GmbH, Ludwigshafen) 68.3 p.b.w.; (ii) 500 nm의 평균 입자 크기를 갖는 금홍석 이산화티타늄(TiO2) 20 p.b.w.; (iii) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2) 7.4 p.b.w.; (iv) 활석(예를 들어, 수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)) 9.6 p.b.w.; (v) 스테아르산아연(C36H70O4Zn) 0.3 p.b.w.; 및 (vi) 산화아연(ZnO) 0.2 p.b.w.
제2 조성물(B 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 물 56.7 p.b.w.; (ii) 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH) 0.6 p.b.w.; (iii) 오르토인산삼마그네슘(Mg3O8P2) 9.4 p.b.w.; (iv) 탄산마그네슘(MgCO2) 6 p.b.w.; (v) 산화아연(ZnO) 2.3 p.b.w.; 및 (iv) 40% 고형물 아크릴 라텍스 에멀젼 첨가제 7.55 p.b.w.
시약을 2개의 개별 비커에서 그 순서대로 혼합하였다. 이후, 이들을 1:1 비율로 혼합하고, 균일한 분산이 성취될 때까지 고속 혼합기를 사용하여 혼합하였다.
이 실시예는 광촉매적 활성 나노입자체 이 제형에 포함되지 않았기 때문에 광촉매적으로 활성이 아님을 유의해야 한다.
그러나, 기본 제형으로서 다음의 시험을 수행하였다: (i) 코팅 마무리; (ii) 맨드릴 굽힘 시험; 및 (iii) 코팅 마무리. 결과가 아래의 표 7에 나타나 있다.
비-광촉매적 실시예 1D
다음의 실시예는 기본 비-광촉매적 코팅 조성물에 관한 것이다.
제1 조성물(A 부분) 및 제2 조성물(B 부분)을 포함하는 2 부분의 수성 무기 광자 코팅물을 제조하였다.
제1 조성물(A 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 규산칼륨(BETOLIN(RTM) K35, Woellner GmbH, Ludwigshafen) 68.3 p.b.w.; (ii) 500 nm의 평균 입자 크기를 갖는 금홍석 이산화티타늄(TiO2) 20 p.b.w.; (iii) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2) 7.4 p.b.w.; (iv) 활석(예를 들어, 수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)) 9.6 p.b.w.; (v) 스테아르산아연(C36H70O4Zn) 0.3 p.b.w.; 및 (vi) 산화아연(ZnO) 0.2 p.b.w.
제2 조성물(B 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 물 56.7 p.b.w.; (ii) 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH) 0.6 p.b.w.; (iii) 오르토인산삼마그네슘(Mg3O8P2) 9.4 p.b.w.; (iv) 탄산마그네슘(MgCO2) 6 p.b.w.; (v) 산화아연(ZnO) 2.3 p.b.w.; 및 (iv) 40% 고형물 폴리디메틸실록산 ("PDMS" (C2H6OSi)n) 라텍스 에멀젼 첨가제 3.5 p.b.w.
시약을 2개의 개별 비커에서 그 순서대로 혼합하였다. 이후, 이들을 1:1 비율로 혼합하고, 균일한 분산이 성취될 때까지 고속 혼합기를 사용하여 혼합하였다.
이 실시예는 광촉매적 활성 나노입자체 이 제형에 포함되지 않았기 때문에 광촉매적으로 활성이 아님을 유의해야 한다.
그러나, 기본 제형으로서 다음의 시험을 수행하였다: (i) 코팅 마무리; (ii) 맨드릴 굽힘 시험; 및 (iii) 코팅 마무리. 결과가 아래의 표 7에 제시되어 있다.
비-광촉매적 실시예 1E
다음의 실시예는 기본 비-광촉매적 코팅 조성물에 관한 것이다.
제1 조성물(A 부분) 및 제2 조성물(B 부분)을 포함하는 2 부분의 수성 무기 광자 코팅물을 제조하였다.
제1 조성물(A 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 규산칼륨(BETOLIN(RTM) K35, Woellner GmbH, Ludwigshafen) 68.3 p.b.w.; (ii) 500 nm의 평균 입자 크기를 갖는 금홍석 이산화티타늄(TiO2) 20 p.b.w.; (iii) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2) 7.4 p.b.w.; (iv) 활석(예를 들어, 수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)) 9.6 p.b.w.; (v) 스테아르산아연(C36H70O4Zn) 0.3 p.b.w.; 및 (vi) 산화아연(ZnO) 0.2 p.b.w.
제2 조성물(B 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 물 56.7 p.b.w.; (ii) 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH) 0.6 p.b.w.; (iii) 오르토인산삼마그네슘(Mg3O8P2) 9.4 p.b.w.; (iv) 탄산마그네슘(MgCO2) 6 p.b.w.; (v) 산화아연(ZnO) 2.3 p.b.w.; 및 (iv) 40% 고형물 폴리디메틸실록산 ("PDMS" (C2H6OSi)n) 라텍스 에멀젼 첨가제 7.55 p.b.w.
시약을 2개의 개별 비커에서 그 순서대로 혼합하였다. 이후, 이들을 1:1 비율로 혼합하고, 균일한 분산이 성취될 때까지 고속 혼합기를 사용하여 혼합하였다.
이 실시예는 광촉매적 활성 나노입자가 이 제형에 포함되지 않았기 때문에 광촉매적으로 활성이 아님을 유의해야 한다.
그러나, 기본 제형으로서 다음의 시험을 수행하였다: (i) 코팅 마무리; (ii) 맨드릴 굽힘 시험; 및 (iii) 코팅 마무리. 결과가 아래의 표 7에 제시되어 있다.
결과 - 적용/적용성, 접착력 및 코팅 마무리/가요성
위에서 상세히 설명된 실시예 1A 내지 1E에 다음의 시험을 실시하였다.
맨드릴 굽힘 시험: 샘플을 6 mm 원통형 맨드릴 주위로 구부렸다. 코팅물이 균열되고 알루미늄 샘플로부터 분리되면, 이것은 실패로 간주되었다.
크로스 해치 접착력 시험: 알루미늄에 대한 샘플 접착력은 크로스 해치 접착력 시험을 사용하여 시험하였다.
코팅 마무리: 코팅의 일반적인 사용성은 코팅 결함의 수 및 코팅의 적용 용이성에 따라 '실패', '용인(acceptable)', '통과'로 평가되었다.
Figure pct00009
표 7
이것은 아크릴 라텍스 첨가제가 코팅물의 레올로지 및 사용성을 개선시킬 수 있지만, 이것은 코팅물의 기계적 특성을 일반적으로 손상시킴을 입증한다. PDMS((C2H6OSi)n) 에멀젼 첨가제는 사용성 또는 가요성에 큰 영향을 미치지 않도록 5중량% 미만으로 최소화되어야 한다.
광촉매적 코팅 조성물
이전 섹션은 알루미늄에 대해 높은 태양 반사율을 갖는 가요성 있는 코팅물을 얻을 수 있음을 입증하였다. 다음 섹션은 본 발명의 다양한 실시양태에 따라 실리케이트 층 내에 광촉매 능력을 통합하기 위한 제형 변형예를 개략적으로 설명한다.
본 발명의 실시예 2
2가지 조성물을 함께 혼합하여 수성 코팅물을 제조하였다.
제1 조성물(A 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 규산칼륨(BETOLIN(RTM) K35, Woellner GmbH, Ludwigshafen) 26 p.b.w.; (ii) 광촉매적 이산화티타늄(TiO2) (DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25) 15 p.b.w.; (iii) 콜로이드 실리카(SiO2) (LUDOX(RTM) SK, Grace GMBH and Co) 18 p.b.w.; (iv) 탄산칼슘(CaCO3) 5 μm 30 p.b.w.; (v) 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5) 1.5 p.b.w.; 및 (vi) 안정제 1.5 p.b.w.
제2 조성물(B 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 물 70.4 p.b.w.; (ii) 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH) 0.6 p.b.w.; (iii) 탄산마그네슘(MgCO2) 9.2 p.b.w.; (iv) 산화마그네슘(MgO) 4.6 p.b.w.; 및 (v) 산화아연(ZnO) 2 p.b.w.
시약 또는 조성물을 2개의 개별 비커에서 위에 나열된 순서로 혼합하였다. 이후, 2개 비커의 내용물을 1:1 비율로 혼합하고, 균일한 분산이 성취될 때까지 고속 혼합기를 사용하여 혼합하였다.
본 발명의 실시예 3
2가지 조성물을 함께 혼합하여 수성 코팅물을 제조하였다.
제1 조성물(A 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 규산칼륨(BETOLIN(RTM) K35, Woellner GmbH, Ludwigshafen) 26 p.b.w.; (ii) 광촉매적 이산화티타늄(TiO2) (DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25) 15 p.b.w.; (iii) 콜로이드 실리카(SiO2) (LUDOX(RTM) SK, Grace GMBH and Co) 18 p.b.w.; (iv) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2) 12 p.b.w.; (v) 활석(예를 들어, 수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)) 18 p.b.w.; (vi) 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5) 1.5 p.b.w.; 및 (vii) 안정제 1.5 p.b.w.
제2 조성물(B 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 물 70.4 p.b.w.; (ii) 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH) 0.6 p.b.w.; (iii) 오르토인산삼마그네슘(Mg3O8P2) 9.2 p.b.w.; (iv) 탄산마그네슘(MgCO2) 4.6 p.b.w.; 및 (v) 산화아연(ZnO) 2 p.b.w.
시약 또는 조성물을 2개의 개별 비커에서 위에 나열된 순서로 혼합하였다. 이후, 2개 비커의 내용물을 1:1 비율로 혼합하고, 균일한 분산이 성취될 때까지 고속 혼합기를 사용하여 혼합하였다.
실시예 2 및 실시예 3에서는, 상대적으로 높은 부피 또는 중량%의 이산화티타늄(TiO2) (DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25) 또는 등가물, 및 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5)을 포함한 기타 고휘도 물질을 사용하여 높은 태양 반사율이 성취된다. 이들 실시예는 실시예 1A의 코팅물 특성을 광촉매적 특성과 조합시켜서, 가공선 냉각을 위한 내구성의 자체 세정 코팅물을 제공한다. 일단 상기 코팅물 또는 필름 또는 혼합물이 전기 도체에 적용되면, 코팅물 또는 필름 또는 혼합물은 바람직하게는 탈수되거나 건조된다. 바람직한 실시양태에 따르면, 도체 및 적용된 코팅물은 바람직하게 열 경화된다.
다양한 2 부분 조성물의 예가 위에 주어졌다. 그러나, 본 발명의 다양한 추가 실시양태에 따르면, 코팅물 또는 필름(401)을 제공하는데 필요한 성분은 단일 조성물에 제공될 수 있고, 이것은 형성되거나 혼합된 다음, 도체(400) 상에 분무되거나 페인팅된다. 따라서, 2 부분 키트가 바람직할 수 있지만, 다중 부분 키트에서 단일 코팅물을 형성하는 다양한 성분을 제공하는 것이 필수적이지는 않다. 대신, 모든 성분이 단일 혼합물에 제공될 수 있다.
수성 알칼리 금속 규산염 무기 코팅물
다양한 개시된 배열에 따르면, 전기 도체 상에 제공되는 코팅물 또는 혼합물은 수성 알칼리 금속 실리케이트 결합제를 덜 바람직하게 포함하는 무기 결합제를 포함할 수 있다. 수성 실리케이트 코팅물은 아래 반응식 3에 표시된 대로 알칼리 금속 양이온으로 안정된 실리케이트 음이온을 포함한다:
Figure pct00010
(3)
상기 반응식 3은 해리되지 않은 실라놀(Si-OH) 기와 알칼리 금속 안정된 실리케이트 음이온(Si-O-) 사이의 평형을 예시한다.
알칼리 금속 양이온은 규산나트륨, 규산칼륨 또는 규산리튬을 생성하는 나트륨, 칼륨 또는 리튬을 포함할 수 있다.
상기 수성 코팅물은, 실리케이트 음이온이 축합되어 실록산 사슬을 형성하고 아래에 표시된 대로 물을 생성하는 축합 반응에 의해 경화될 수 있다:
Figure pct00011
(4)
위 반응식 4는 부산물로서 물과 함께 2개의 실라놀 기와 실록산 결합 사이의 평형을 보여준다.
실리케이트 중합체가 완전히 형성되기 위해서는 물을 충분히 제거하는 것이 바람직한데, 즉 평형이 오른쪽으로 완전히 이동해야 한다. 물을 충분히 제거하지 않으면, 필름은 다시 용해될 수 있고 코팅물은 분해될 수 있다.
코팅물은 2가 금속 양이온의 첨가를 통해 자체 경화될 수 있고/있거나, 묽은 인산을 사용하여 후 경화될 수 있다. 건조된 필름은 2가 금속 양이온, 예컨대 Mg2+ 및 Ca2+의 첨가에 의해 도움받을 수 있다. 생성된 코팅물은 주위 온도에서 습기에 안정하다.
알칼리 금속 실리케이트 필름 또는 코팅은 경화될 수 있다. 코팅물에는 몇 시간의 기간에 걸쳐 단계적 열 경화 공정이 실시될 수 있다. 열 경화 공정은 4-24시간의 기간 동안 실시될 수 있다. 알칼리 금속 실리케이트 필름 또는 코팅물은 <1시간, 1-2시간, 2-3시간, 3-4시간, 4-5시간, 5-6시간, 6-7시간, 7-8시간, 8-9시간, 9-10시간, 10-11시간, 11-12시간, 12-13시간, 13-14시간, 14-15시간, 15-16시간, 16-17시간, 17-18시간, 18-19시간, 19-20시간, 20-21시간, 21-22시간, 22-23시간, 23-24시간 또는 > 24시간의 기간 동안 열 경화될 수 있다.
열경화 공정은 자체 세정 광촉매제를 포함하는 실리케이트 필름 또는 무기 코팅을 탈수시키도록 배열될 수 있다.
열경화 공정은, 필름을 점진적으로 탈수시키고 코팅물 또는 필름 또는 혼합물이 고화되거나 그렇지 않으면 경화되도록 하기 위해 단계적 경화 공정을 포함할 수 있다.
최종 경화 온도는 범위 50-80℃ 내일 수 있다. 예를 들어, 최종 경화 온도는 범위 50-60℃, 60-70℃ 또는 70-80℃ 내일 수 있다. 특히, 코팅물이 80℃의 최대 작동 온도를 갖는 도체에 적용되는 경우, 최종 경화 온도는 ≤80℃, ≤90℃ 또는 ≤100℃가 되도록 배열될 수 있다.
다른 배열에 따르면, 최종 경화 온도는 범위 150-250℃ 내일 수 있다. 예를 들어, 최종 경화 온도는 범위 150-160℃, 160-170℃, 170-180℃, 180-190℃, 190-200℃, 200-210℃, 210-220℃, 220-230℃, 230-240℃ 또는 240-250℃ 내일 수 있다. 특히, 코팅물이 250℃의 최대 작동 온도를 갖는 도체에 적용되는 경우, 최종 경화 온도는 ≤250℃, ≤260℃, ≤270℃, ≤280℃, ≤290℃ 또는 ≤300℃이도록 배열될 수 있다.
다양한 배열에 따라 도체에 적용되는 실리케이트 코팅물은 이것들의 순수한 무기 특성으로 인해 긴 수명을 가질 수 있고, 이는 UV 및 일반적인 대기 노출에 의한 분해를 매우 제한한다.
광촉매제를 포함한 실리케이트 무기 코팅물은 또한 실질적으로 백색 코팅물을 장기간 동안 높은 수준의 백색도로 유지하는 자체 세정 층으로서 특히 효과적이다.
본 발명의 실시예 4
2가지 조성물을 함께 혼합하여 수성 코팅물을 제조하였다. 제1 조성물(A 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 규산칼륨(BETOLIN(RTM) K35, Woellner GmbH, Ludwigshafen) 64 p.b.w.; (ii) 금홍석 이산화티타늄 (500 nm APS) 8 p.b.w.; (iii) 광촉매적 이산화티타늄 (TiO2) (DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25) 3.2 p.b.w.; (iv) 소성 카올린 (Mattex Pro BSF) 1.88 p.b.w.; 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5) 1.5 p.b.w.; 및 (vi) 안정제 1.5 p.b.w.
제2 조성물(B 부분)은 다음의 것들을 포함하였다: (i) 물 15 p.b.w.; (ii) 25 하이드록시에틸 셀룰로오스(CH2CH2OH) 0.6 p.b.w.; (iii) 오르토인산삼마그네슘(4.5 p.b.w.) 및 (iv) 산화아연(ZnO) 2 p.b.w.
시약 또는 조성물을 2개의 개별 비커에서 위에 나열된 순서로 혼합하였다.
이후, 두 비커의 내용물을 1:1 비율로 혼합하고, 균일한 분산이 성취될 때까지 고속 혼합기를 사용하여 혼합하였다.
본 발명의 실시예 4에 대해 수행된 시험
본 발명의 실시예 4에 대해 다음의 시험을 수행하였다.
코팅 마무리: 코팅물의 일반적인 사용성은 코팅물 결함의 수 및 코팅물의 적용 용이성에 따라 '실패', '용인' 또는 '통과'로 평가되었다.
크로스 해치 접착력 시험: 알루미늄에 대한 샘플의 접착력은 크로스 해치 접착력 시험을 사용하여 시험하였다.
맨드릴 굽힘 시험: 샘플을 6 mm 원통형 맨드릴 주위로 구부렸다. 코팅물이 균열되고 알루미늄 샘플로부터 분리되면, 이것은 실패로 간주되었다.
태양 반사율: UV-VIS-NIR 스펙트럼 분석은 ISN-723 적분구가 부착된 Jasco V670 VIS-NIR 분광계를 사용하여 수행하였다. 적분구 부착으로 샘플에 의해 반사된 확산 복사(약 180°)를 수집할 수 있었다. 총 태양 반사율을 계산하였다.
열 방사율: 휴대용 방사계를 사용하여 실온 근처에서 물질의 방출을 측정하기 위한 ASTM C 1371-15 표준 시험 방법에 따른다. 방사율은 상기 표준의 6.1.5절에 설명된 대로 참고 표준에 대한 추적성이 없이 D & S 방사계를 사용하여 측정하였다. 결과는 평균을 낸 샘플 표면의 5가지 상이한 위치에 대한 것이다.
전류 순환: 직렬로 연결된 코팅된 그리고 코팅되지 않은 도체를 회로에 설치하였다. 도체는 알루미늄 도체 강심("ACSR") 도체를 포함하였다. 열전대를 도체 코어 내로 삽입시켰다. 지정된 수준의 전류가 30분 동안 도체를 통해 전달되었는데, 이는 도체의 온도를 증가시키는 효과가 있었다. 이후, 도체를 30분 동안 냉각시켰다. 이후, 과정을 반복하고 순환시켰다. 이 시험은 코팅물과 알루미늄 도체 사이의 호환가능한 열 팽창 계수를 입증한다.
실외 냉각 성능: 코팅되지 않은 그리고 코팅된 알루미늄 도체 강심("ACSR") 도체를 직렬로 연결하였고, 기상 조건에 완전히 노출시킨 상태에서 지면에서 2미터 높이에 매달았다. 도체에 200A 전류를 가하고, 얻어지는 온도를 도체 코어에 삽입된 열전대에 의해 일주일 동안 1초마다 기록하였다. 이 시험은 영국에서 5월 동안 코팅되지 않은 도체와 비교하여 코팅된 도체의 실제 냉각 성능을 입증하였다.
본 발명의 실시예 4의 시험 결과
본 발명의 실시예 4의 시험 결과가 아래에 요약되어 있다:
Figure pct00012
도 12는 전류 순환 시험의 결과를 도시하며, 본 발명의 실시예 4가 알루미늄 도체 강심("ACSR") 도체의 온도를 낮추는 데 특히 효과적이었음을 보여준다.
도 13은 주기 당 온도 감소(%) 면에서 본 발명의 실시예 4에 대하여 수행된 전류 순환 시험의 결과를 도시한다.
도 14는 본 발명의 실시예 4에 대하여 수행된 실외 냉각 성능 시험의 결과를 도시한다.
도 15는 영국에서 5월의 한 주 동안 본 발명의 실시예 4와 코팅되지 않은 도체 사이의 온도 감소(%) 차를 도시한다.
상기 결과 및 시험은, 본 발명의 실시예 4가, 사용 시에 도체의 온도를 감소시키는 데 특히 효과적일 뿐만 아니라 유익한 자체 세정 특성을 갖는 코팅물 또는 필름을 도체 상에 형성하는 특히 유익한 조성물을 포함함을 예시한다.
용매 기반 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물
알칼리 금속 실리케이트, 및 ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제를 포함하는 수성 코팅물이 위에서 조금 상세히 논의되었다.
알칼리 금속 실리케이트, 및 ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제를 포함하는 상술된 수성 코팅물은 가공 도체에 적용될 수 있는 기존의 코팅물에 비해 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.
그러나, 수성 알칼리 금속 실리케이트 코팅물이 갖는 문제는 수분 안정되도록 하기 위해 이것들이 예를 들어, 200-300℃에서 열 경화되어야 한다는 것이다.
80℃의 최대 작동 온도까지만 정격화될 수 있는 가공 도체를 열 경화시키는 것은 바람직하지 않을 수 있음이 명백할 것이다. 또한, 200-300℃의 범위 내, 즉, 도체의 최대 정격 작동 온도보다 또한 잠재적으로 높은 온도에서 150-250℃의 더욱 높은 최대 작동 온도에 대하여 정격화되는 가공 도체를 열 경화시키는 것은 또한 바람직하지 않을 수 있다.
당업자에 의해 이해될 것이듯이, 80℃의 최대 작동 온도까지 정격화된 알루미늄 도체에 잠재적으로 연장된 시간(4- 24시간) 동안 200-300℃의 범위에서 고온 열 경화 공정을 실시하면 알루미늄의 어닐링을 유발하여 알루미늄 도체의 결정 구조 및 특성을 변화시킬 위험이 상승한다.
또한 수성 알칼리 금속 실리케이트로 코팅되는 새로운 가공 도체에 제조 공정의 일부로 열 경화 단계를 실시할 수는 있지만, 기존 가공 도체를, 가공 도체용 온도 제어 코팅물을 형성시키도록 열 경화시켜야 하는 조성물을 사용하여 현장에서 개조하려는 경우에는 상당한 실제적이며 경제적인 문제가 발생한다. 실제로, 많은 상황에서 최대 300℃의 온도에서 적용된 코팅물을 예를 들어, 최대 24시간의 일정 기간 동안 열 경화시키려고 함으로써 대형 가공 도체 네트워크를 개조하려는 시도는 본질적으로 비실용적일 것임이 인식될 것이다.
따라서, 높은 수준의 열 경화에 대한 이것들의 요건에 의해, 기존의 수성 조성물은 80℃ 정격 도체(예를 들어, 시장의 대다수를 차지하는 ACSR)에 대해서는 적합하지 않으며 개조할 수 없다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 현장에서 가공 도체에 필요한 수준의 내구성을 제공하는 순수 무기 폴리실록산 코팅물이 개발되었다.
다양한 바람직한 실시양태에 따른 코팅의 상당한 이점은, 열 경화와 반대로 수분 경화를 통해 순수한 무기 실록산 필름을 성취할 수 있다는 것이다.
알킬 실리케이트 코팅물(예컨대 에틸 실리케이트)은 용매형(solvent borne)이며 수성은 아니다. 본 발명에 따른 조성물은, 수분 경화에 의해서만 경화되어 수성 코팅물과 동일한 중합체 필름을 생성시키며 다른 유형의 코팅물에 비해 동일한 최종 특성 및 이점을 갖는 코팅물을 형성한다.
수성 실리케이트 코팅물은 반응식 3을 참고로 위에서 논의된 대로 알칼리 금속 양이온으로 안정된 실리케이트 음이온을 포함한다.
알칼리 금속 양이온은 규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬을 생성시키는 나트륨, 칼륨 또는 리튬일 수 있다. 이들은 상술되었고, 결합제로 단독으로 또는 이의 조합으로 사용될 수 있다. 이들 수성 코팅물은, 실리케이트 음이온이 축합되어 실록산 사슬을 형성하고 반응식 4를 참고하여 위에서 논의된 대로 물을 생성하는 축합 반응에 의해 경화된다.
실리케이트 중합체가 완전히 형성되기 위해서는 물이 충분히 제거되어야 하는데, 즉 평형이 반응식 4의 오른쪽으로 이동해야 한다. 물을 충분히 제거하지 않으면, 필름은 다시 용해될 수 있고 코팅은 분해될 수 있다.
건조된 필름은 2가 금속 양이온, 예컨대 Mg2+ 및 Ca2+의 첨가를 통해 성취될 수 있다. 이러한 코팅은 주위 온도에서 수분 안정하다. 그러나, 이 실리케이트 필름의 용해도는 온도에 따라 증가한다. 따라서, 열경화 없이 2가 금속 양이온에 의해 촉매화된 코팅물이 거의 주변 온도에서 수분 안정성을 나타낼 동안, 이것들이 열 경화되지 않고 필름에 고온(50℃ 이상) 및 높은 수준의 수분 둘 모두가 가해지면, 필름은 재용해되고 소실될 것이다.
기재, 즉 가공선이 전형적으로 50℃ 이상에서 작동하기 때문에 고온 수분 안정성이 가공 도체를 코팅시키는 데 필수적임이 명백할 것이다. 따라서, 습기나 비로 인해 수분이 존재할 때, 코팅물은 코팅 용해를 일으킬 수 있는 고온 및 높은 수분 수준 둘 모두를 경험한다.
수성 실리케이트 필름을 경화시키려면 몇 시간에 걸친 단계적 경화 공정이 필요하다. 전형적으로, 이것은 최소 4시간일 것이지만, 이상적으로는 24시간까지 오래 지속될 수 있다. 열 경화 공정은 실리케이트 필름의 탈수를 포함한다. 그러나, 이것이 빠르게 일어나면 물의 급격한 증발로 인해 기포가 발생할 수 있고 이는 이후 필름 내 탄산염과 반응할 수 있다.
일단 코팅물에서 기포 발생되고 탄산염과 반응하였으면, 접착력 및 가요성에서 상당한 감소가 있다. 이것을 방지하기 위해, 필름을 점진적으로 탈수시키고 기포 발생을 회피하기 위해 몇 시간에 걸쳐 단계적으로 열경화시키는 것이 바람직하다. 또한, 최종 경화 온도도 중요하다. 예를 들어, WO 2015/191736은 일부 상황에서는 200℃, 다른 상황에서는 250℃, 및 또 다른 상황에서는 325℃일 수 있는 최종 경화 온도를 언급한다. 본 발명자들에 의해 수행된 연구는 필름의 완전한 수분 안정성을 성취하기 위해 200℃의 최소 온도가 바람직함을 시사한다.
그러나, 가공 도체에 사용하기 위한 전용 코팅에 대한 이러한 열 경화 방식은 문제가 될 수 있다. 첫째, 가공 도체 시장의 상당 부분이 80℃에서만 작동하도록 정격화된 도체, 즉 "ACSR"(강심 알루미늄 도체) 도체로 구성되어 있기 때문이다. 이들 도체 내 알루미늄은 어닐링되지 않으며, 이 알루미늄을 100℃ 이상으로 장기간 사용하면 어닐링이 일어날 수 있다. 어닐링된 알루미늄은 상당히 더 낮은 기계적 강도를 가지며 차례로 도체의 기본 특성이 손상될 가능성이 있다. 또한, 이러한 코팅물을 현장에서 선로에 적용하려는 시도는 많은 실제적 문제를 일으킨다. 많은 시나리오에서, 수성 실리케이트를 기존 송전 선로에 적용한 다음, 후속적으로 가공선을 150℃를 초과하는 온도에서 4시간 이상, 및 실제로 최대 24시간의 일정 시간 동안 현장에서 열 경화시키고자 하는 것은 실제적으로 불가능할 것이다.
따라서, 고온 경화를 통해 수성 알칼리 금속 실리케이트 필름을 완전히 탈수시켜야 하는 요건은 ACSR 도체 및 개조형 도체와 관련된 문제를 일으킨다.
다른 맥락에서, 실리케이트 코팅물은 50년의 수명을 나타내는 것으로 공지되었다. 이것은 이것들의 순수한 무기 특성으로 인한 것이며, 이 특성은 UV 및 일반 대기 노출에 의한 분해가 매우 제한적이게 한다. 가공 송전 선로가 30년 이상 운영되고 가공선을 재코팅시키는 것은 비용이 많이 들고 어려운 공정이라는 사실 때문에, 이러한 수명을 갖는 코팅물이 가공 도체를 코팅시키는 데 필요하다. 차례로, 사실상 주로 무기 실리케이트이지만, 높은 수준의 열 경화를 필요로 하지 않는 가공 도체에 대한 광자 코팅물을 성취하는 수단은 필요하다.
본 발명에 따른 용매 기반 알킬 실리케이트 조성물은 상기 언급된 사항을 해결하고 이에 대한 해결법을 제공하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명에 따른 가공 도체용 무기 실리케이트 코팅은 열 경화를 필요로 하지 않는다.
무기 실리케이트는 아래에 예시된 바와 같이 두 가지 형태의 넓은 형태로 존재한다.
Figure pct00013
알칼리 금속 실리케이트는 수성이다. 알칼리 금속 실리케이트는 규산칼륨, 규산나트륨, 규산리튬 및 이의 조합을 포함한다. 이들 코팅물은 알칼리 금속 실리케이트가 축합 반응에 의해 경화되기 때문에 완전히 경화되기 위해서는 높은 수준의 열 경화가 필요하다. 이것은 상기 코팅물이 더 낮은 온도에서 작동하는 도체에 대한 차선책이 되고, 경제적인 이유로 개조 목적으로 코팅물을 사용하는 것을 효과적으로 배제한다.
상기 코팅물은 2가 금속 양이온의 첨가를 통해 자체 경화될 수 있고, 묽은 인산을 사용하여 후 경화될 수 있다. 그러나, 이러한 접근방식 중 어느 것도, 동시적인 고온 및 높은 수분 수준 하에서 재용해되지 않을 완전히 탈수된 필름이 얻어지게 하지는 않는다.
알킬 금속 실리케이트는 알콕시 기에 의해 안정된 실리케이트 음이온, 예컨대 에틸 실리케이트, 메틸 실리케이트 등을 포함한다. 가장 인기있는 코팅 변형은 에틸 실리케이트이다. 에틸 실리케이트는 높은 결합 능력을 생성하도록 산 또는 알칼리 촉매의 존재 하에 물을 사용하여 가수분해된다. 에틸 실리케이트 가수분해물로부터 겔이 형성될 수 있도록 에틸 실리케이트를 물로 처리함으로써 이것을 가수분해시키는 것이 매우 바람직하다. 에틸 실리케이트는 암모니아, 수산화암모늄, 수산화나트륨 및 일부 아민의 사용을 통해 알칼리 촉매화될 수 있다.
에틸 실리케이트는 또한 예로서 염산, 황산, 인산 및 포름산의 사용을 통해 산 촉매될 수 있다.
겔화 속도 및 코팅물 형성은 물의 양, 산의 양 및 알킬 기의 크기에 의해 주의 깊게 제어될 수 있다.
실리카 함량은 가수분해 단계에 사용된 용매의 양을 조절하여 가변될 수 있다. 전형적으로, 에틸 실리케이트 코팅물은 높은 수준의 아연 분말과 함께 사용된다. 이것은 전기 전도성이 있고 극한의 날씨 내구성(weather durability)을 갖는 아연-실리케이트 중합체 매트릭스를 형성한다. 이들 코팅물의 주요 용도는 강철 구조물의 갈바닉 보호를 위한 것이다.
산 촉매화되든지 알칼리 촉매화되든지 간에 1팩 또는 2팩의 알킬 실리케이트 결합제는 가수분해를 통해 경화된다. 이것은 코팅물이 오로지 수분 경화에 의한 경화에 적합하게 한다. 차례로, 열경화 없이 완전히 경화된 무기 필름이 얻어질 수 있다. 결과적으로, 코팅물은 ACSR 도체에 적합하며, 코팅물은 개조 공정의 일부로 현장에서 도체에 적용될 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 알킬 실리케이트 결합제를 사용하는 가공 도체용의 광자 코팅물은 당업계에서 상당한 진보를 나타낸다.
바람직한 실시양태는 결합제, 용매, 하나 이상의 광학 제제, 자체 세정제 및 선택적으로 하나 이상의 충전제를 포함하는 조성물에 관한 것이다.
결합제
결합제는 알킬 실리케이트 결합제를 바람직하게 포함한다. 적합한 알킬 실리케이트 수지는 메틸 및 에틸 실리케이트 뿐만 아니라, 다른 알킬 실리케이트를 포함한다. 알킬 기는 최대 8개의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 알킬 실리케이트 수지는 이들의 주요 형태로 사용될 수 있고, 다양한 정도로의 가수분해에 적합하다. 이것은 예로서 염산, 황산, 인산 및 포름산을 포함한 적합한 산의 첨가를 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 에틸 실리케이트 결합제에 대한 출발 물질은 테트라-에틸-오르토실리케이트("TEOS")이다. 이것은 이소프로필 알코올, 물 및 HCL 용액을 사용하여 가수분해되어, 부분적으로 가수분해된 결합제를 형성할 수 있다. 대안적으로, 기성품 결합제, 예를 들어, Wacker로부터의 Silicate S100이 사용될 수 있다.
바람직하게는 상기 결합제는 비-플루오린화된다.
결합제는 헥사메틸디실라잔(HMDS), 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 테트라메틸 오르토실리케이트(TMOS), 메틸트리메톡시 실란(MTMS), 비닐트리메톡시실란(VTMS), 트리메톡시페닐실란, (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES), 트리에톡시(옥틸)실란(C8-TEOS), 3-(2-아미노에틸아미노)프로필디메톡시메틸실란(AEAPS), (3-글리시딜옥시프로필)트리메톡시실란(GPTMS), [3-(메타크릴로일옥시)프로필]트리메톡시실란(MAPTS), 헥사데실트리메톡시실란, (3-메르캅토프로필)트리메톡시실란(MPTMS) 또는 트리에톡시페닐실란을 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물은 이 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 약 20 내지 약 80중량%, 보다 바람직하게는 약 30 내지 약 75중량%, 및 보다 더 바람직하게는 약 35 내지 약 70중량%의 알킬 실리케이트 결합제를 포함한다.
본 발명의 조성물은 이 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 약 24 내지 약 60중량%, 및 보다 바람직하게는 약 28 내지 약 55중량%의 비수성 용매를 포함한다.
본 발명의 조성물은 대안적으로 이 조성물의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 60중량%, 및 보다 바람직하게는 약 45 내지 약 55중량%의 비수성 용매를 포함할 수 있다.
광학 제제
광학 제제는 반사제 및/또는 방출제를 바람직하게 포함한다.
바람직한 실시양태에 따르면, 상기 반사제는 금홍석 이산화티타늄(TiO2)을 포함한다. 상기 금홍석 이산화티타늄(TiO2)은 바람직하게는 다음의 평균 입자 크기("aps")를 갖는다: (i) ≥100 nm; (ii) 100-200 nm; (iii) 200-300 nm; (iv) 300-400 nm; (v) 400-500 nm; (vi) 500-600 nm; (vii) 600-700 nm; (viii) 700-800 nm; (ix) 800-900 nm; 및 (x) 900-1000 nm.
금홍석 이산화티타늄(TiO2)은 실질적으로 구형 입자를 바람직하게 포함한다.
또 다른 실시양태에 따르면, 상기 반사제는 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5), 산화아연(ZnO) 또는 산화구리(CuO)를 포함할 수 있다.
광학 제제는 백색 충전제를 포함하는 반사제를 포함할 수 있다. 백색 충전제는 다음의 것들을 포함할 수 있다: (i) 산화마그네슘(MgO); (ii) 산화칼슘(CaO); (iii) 산화알루미늄(Al2O3); (iv) 산화아연(ZnO); (v) 탄산칼슘(CaCO3); (vi) 규산알루미늄(Al2SiO5); (vii) 카올린(Al2O3.2SiO2); (viii) 이산화티타늄(TiO2); 또는 (viii) 황산바륨(BaSO4).
광학 제제는 방출제를 포함할 수 있다. 상기 방출제는 다음과 같은 무기 충전제를 포함할 수 있다: (i) 탄산칼슘(CaCO3); (ii) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2); 또는 (iii) 활석(수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)).
본 발명의 조성물은 이 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 약 5 내지 약 25중량%, 보다 바람직하게는 약 10 내지 약 20중량% 및 보다 더 바람직하게는 약 12 내지 약 17중량%의 반사제를 포함한다.
본 발명의 조성물은 이 조성물의 건조 중량을 기준으로 바람직하게는 약 25 내지 약 50중량%, 보다 바람직하게는 약 30 내지 약 45중량% 및 보다 더 바람직하게는 약 35 내지 약 40중량%의 반사제를 포함한다.
자체 세정 또는 광촉매제
바람직한 실시양태에 따른 조성물은 ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 바람직하게 포함하는 자체 세정제 또는 광촉매제를 바람직하게 포함한다.
본 발명의 조성물은 이 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 약 1 내지 약 5중량%, 보다 바람직하게는 약 2 내지 약 4중량%, 및 보다 더 바람직하게는 약 2 내지 약 3.5중량%의 광촉매제를 바람직하게 포함한다.
본 발명의 조성물은 이 조성물의 건조 중량을 기준으로 바람직하게는 약 5 내지 약 20중량%, 보다 바람직하게는 약 6 내지 약 18중량%, 및 보다 더 바람직하게는 약 8 내지 약 15중량%의 반사제를 바람직하게 포함한다.
충전제
상기 조성물은 상술된 바와 같은 하나 이상의 충전제를 포함할 수 있다.
보조 수지
알킬 실리케이트 수지의 가요성은, 실록산 중합체 네트워크의 일부를 형성하는 보조 수지의 첨가를 통해 크게 개선될 수 있다. 따라서, 다양한 실시양태에 따르면, 조성물 및 궁극적으로 최종 코팅물은 하나 이상의 보조 수지를 포함할 수 있다.
가요성은 제조가능성(manufacturability), 및 공중에 있는 가공 도체가 겪는 진동력 둘 모두와 관련하여 도체 코팅물의 핵심 특성이다. 실리케이트 중합체는 고도로 가교된 네트워크이다. 이는 예를 들어, 중합체 네트워크 내 가교 위치가 결합을 끊지 않고 확인을 일시적으로 변경할 가능성이 있는 엘라스토머 코팅물에 비해 가요성을 제한한다. 상기 조성물이, 실록산 네트워크 내로 가교되어 약간의 탄성을 도입할 수 있는 하나 이상의 보조 수지, 예컨대 폴리디메틸실록산("PDMS")을 포함하는 다양한 실시양태가 고려된다. 보조 수지는 총 결합제 중량%의 3%, 5%, 10%, 15%, 25% 또는 33%에서 첨가될 수 있다.
실험 결과
다양한 코팅의 성능을 입증하기 위해 다음의 시험을 수행하였다.
Figure pct00014
Figure pct00015
비교 실시예 #5
비교 실시예 #5는 상술된 바와 같은 수성 알칼리 금속 실리케이트를 포함한다. 이 제형을 분무하고, 열 경화 없이 주위 온도에서 경화시켰다.
비교 실시예 #6
비교 실시예 #6은 상술된 바와 같은 수성 알칼리 금속 실리케이트를 포함한다. 이 샘플을 분무한 다음, 50℃에서 200℃까지 7시간에 걸쳐 단계적으로 증가시키면서 열경화하였다.
본 발명의 실시예 #7
본 발명의 실시예 #7은, 고속 혼합기에서 혼합하고 균일한 조성물 또는 코팅이 형성될 때까지 분산시킨 상업적으로 입수가능한 "Jotun Resist part A" 사전 가수분해된 에틸 실리케이트 결합제 24 g, 금홍석 이산화티타늄 500 nm APS 9 g, 소성 카올린 2 g, 규산마그네슘 2 g, 예추석 이산화티타늄 3 g, 크실렌 용매 0.84 g 및 1-메톡시-2-프로포날 0.92 g을 포함하는 용매 기반 조성물을 포함하였다.
이후, 상기 조성물 또는 코팅물을 분무하고, 오로지 수분 경화에 의한 경화를 위해 높은 상대 습도(RH%> 60%)에 두었다.
결과
Figure pct00016
위 시험은 다음의 둘 모두의 이점을 입증한다: (i) 열 경화 알칼리 금속 실리케이트(수욕에 넣었을 때 열 경화되지 않은 샘플이 완전히 용해되었기 때문에); 및 (ii) 용매 기반 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물.
본 발명의 실시예 #7 및 비교 실시예 #6을 추가 시험에 사용하였다.
전류 순환:
비교 실시예 #6
수성 알칼리 금속 실리케이트에 대한 결과가 도 16a에 도시되어 있다. 도체의 평균 냉각은 24%였다.
본 발명의 실시예 #7
본 발명의 실시예 #7에 대한 결과는 도 16a 및 도 16b에 도시되어 있다. 제형은 코팅되지 않은 샘플과 비교하여 평균 34%의 온도 감소를 보였는데, 이는 수성 알칼리 금속 실리케이트에 대한 개선을 나타낸다.
실외 시험 성능
도 17은 코팅되지 않은(대조) 샘플과 비교하여 수성(비교 실시예 #6) 및 용매 기반 실리케이트(본 발명의 실시예 #7) 둘 모두의 실외 냉각 성능을 입증한다.
도 17은 비교 실시예 #6(수성 실리케이트), 본 발명의 실시예 #7(용매 기반 실리케이트) 및 대조(코팅되지 않음)에 대한 4일의 기간에 걸친 실외 장비 데이터를 도시한다.
본 발명의 실시예 #7은 4일의 기간에 걸쳐 코팅되지 않은 도체를 상당히 냉각시킨다. 비교 실시예 #6을 지속적으로 수행할 때 최대 28% 냉각이 입증된다.
실험적 결론
본 발명에 따르면, 가공 도체를 코팅시키기 위해 수성 알칼리 금속 실리케이트를 사용하는 것과 관련된 주요 문제를 해결하는 신규 조성물/코팅물이 제공된다.
상기 주요 문제는, 완전한 수분 안정성을 성취하기 위해 수성 알칼리 금속 실리케이트를 열 경화시킬 필요성을 포함한다. 이것은 본질적으로 ACSR 도체(100℃에 대해서만 정격화됨) 사용을 배제하고, 또한 코팅물이 기존 라인을 개조할 수 없음을 의미한다.
본 발명은 안정성을 성취하기 위해 어떠한 열 경화도 필요로 하지 않는 수분 경화되는 실리케이트를 제공함으로써 이러한 문제를 해결한다. 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 용매 기반 조성물/코팅물을 열 경화시킬 필요성과 관련된 문제를 해결하면서, 수성 조성물/코팅물의 성능도 능가한다.
따라서, 본 발명에 따른 용매 기반 알킬 실리케이트 조성물은 당업계에서 상당한 진보를 나타냄이 명백할 것이다.
본 발명이 바람직한 실시양태를 참고로 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 형태 및 세부사항에서 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다.
바람직한 실시양태:
본 발명의 일부 바람직한 실시양태가 아래에 설명되어 있다:
실시양태 1. 가공 도체 코팅용 조성물로서,
반사제;
≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제;
비수성 용매; 및
하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물.
실시양태 2. 실시양태 1에 있어서, 상기 반사제가 금홍석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 조성물.
실시양태 3. 실시양태 2에 있어서, 상기 금홍석 이산화티타늄(TiO2)이 (i) ≥ 100 nm; (ii) 100-200 nm; (iii) 200-300 nm; (iv) 300-400 nm; (v) 400-500 nm; (vi) 500-600 nm; (vii) 600-700 nm; (viii) 700-800 nm; (ix) 800-900 nm; 및 (x) 900-1000 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 조성물.
실시양태 4. 실시양태 2 또는 3에 있어서, 상기 금홍석 이산화티타늄(TiO2)이 실질적으로 구형 입자를 포함하는 조성물.
실시양태 5. 실시양태 1에 있어서, 상기 반사제가 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5), 산화아연(ZnO) 또는 산화구리(CuO)를 포함하는 조성물.
실시양태 6. 실시양태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 광촉매제가 ≥75%, ≥80%, ≥85%, ≥90%, ≥95% 또는 ≥99% 중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 조성물.
실시양태 7. 실시양태 1에 있어서, 상기 반사제가 백색 충전제를 포함하는 조성물.
실시양태 8. 실시양태 7에 있어서, 상기 백색 충전제가 (i) 산화마그네슘(MgO); (ii) 산화칼슘(CaO); (iii) 산화알루미늄(Al2O3); (iv) 산화아연(ZnO); (v) 탄산칼슘(CaCO3); (vi) 규산알루미늄(Al2SiO5); (vii) 카올린(Al2O3.2SiO2); (viii) 이산화티타늄(TiO2); 또는 (viii) 황산바륨(BaSO4)을 포함하는 조성물.
실시양태 9. 실시양태 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 방출제를 추가로 포함하는 조성물.
실시양태 10. 실시양태 9에 있어서, 상기 방출제가 무기 충전제를 포함하는 조성물.
실시양태 11. 실시양태 10에 있어서, 상기 무기 충전제가 (i) 탄산칼슘(CaCO3); (ii) 소성 카올린(Al2O3.2SiO2); 또는 (iii) 활석(수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2)) 중 어느 하나를 포함하는 조성물.
실시양태 12. 실시양태 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 용매가 화학식 (CH3)2C6H4을 갖는 자일렌, 자일롤 또는 디메틸벤젠, 화학식 (CH3)C6H5를 갖는 톨루엔, 화학식 C2H5OH을 갖는 에탄올, 화학식 CH3CH(OH)CH3을 갖는 이소프로판올, 화학식 C2H5OC2H4OH를 갖는 2-에톡시에탄올 또는 화학식 CH3C(O)OC2H4OC2H5을 갖는 2-에톡시에틸 아세테이트를 포함하는 조성물.
실시양태 13. 실시양태 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제가 75-100% 가수분해로 사전 가수분해되는 조성물.
실시양태 14. 실시양태 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 알킬 실리케이트 결합제가 메틸 실리케이트, 에틸 실리케이트, 프로필 실리케이트, 부틸 실리케이트, 펜틸 실리케이트, 헥실 실리케이트, 헵틸 실리케이트 또는 옥틸 실리케이트를 포함하는 조성물.
실시양태 14a. 실시양태 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 알킬 실리케이트 결합제가 비플루오린화되는 조성물.
실시양태 15. 실시양태 1 내지 14a 중 어느 하나에 있어서, 상기 알킬 실리케이트 결합제가 n-프로필 실리케이트, 이소프로필 실리케이트 또는 부틸 오르토실리케이트를 포함하는 조성물.
실시양태 16. 실시양태 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 경화제를 추가로 포함하는 조성물.
실시양태 17. 실시양태 16에 있어서, 상기 경화제가 (i) 염화아연(ZnCl2); 또는 (ii) 염화마그네슘(MgCl2)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 조성물.
실시양태 18. 실시양태 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 유연성 제제 및/또는 레올로지 제제를 추가로 포함하는 조성물.
실시양태 19. 실시양태 18에 있어서, 상기 유연성 제제가 하이드록시에틸 셀룰로스(CH2CH2OH)를 포함하고/하거나, 상기 레올로지 제제가 폴리디메틸실록산 ("PDMS" (C2H6OSi)n)을 포함하는 조성물.
실시예 19a. 실시양태 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 5 내지 약 25중량%의 반사제를 포함하는 조성물.
실시예 19b. 실시양태 1 내지 19a 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 10 내지 약 20중량%의 반사제를 포함하는 조성물.
실시예 19c. 실시양태 1 내지 19b 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 12 내지 약 17중량%의 반사제를 포함하는 조성물.
실시예 19d. 실시양태 1 내지 19c 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 1 내지 약 5중량%의 광촉매제를 포함하는 조성물.
실시예 19e. 실시양태 1 내지 19d 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 2 내지 약 4중량%의 광촉매제를 포함하는 조성물.
실시예 19f. 실시양태 1 내지 19e 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 2 내지 약 3.5중량%의 광촉매제를 포함하는 조성물.
실시예 19g. 실시양태 1 내지 19f 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 20 내지 약 80중량%의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물.
실시예 19h. 실시양태 1 내지 19g 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 30 내지 약 75중량%의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물.
실시예 19i. 실시양태 1 내지 19h 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 35 내지 약 70중량%의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물.
실시예 19j. 실시양태 1 내지 19i 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 24 내지 약 60중량%의 비-수성 용매를 포함하는 조성물.
실시예 19k. 실시양태 1 내지 19j 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 28 내지 약 55중량%의 비-수성 용매를 포함하는 조성물.
실시예 19l. 실시양태 1 내지 19k 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 약 40 내지 약 55중량%의 비-수성 용매를 포함하는 조성물.
실시예 19m. 실시양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이
약 5 내지 약 25중량%의 반사제,
약 1 내지 약 5중량%의 광촉매제,
약 24 내지 약 60중량%의 비수성 용매, 및
약 20 내지 약 70중량%의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물.
실시예 19n. 실시양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이
약 10 내지 약 20중량%의 반사제,
약 2 내지 약 4중량%의 광촉매제,
약 28 내지 약 55중량%의 비수성 용매, 및
약 30 내지 약 60중량%의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 조성물.
실시양태 20. 실시양태 1 내지 19n 중 어느 하나에 따른 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된 가공 도체로서,
사용 시에 상기 조성물이 경화되어, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성하는 가공 도체.
실시양태 21. 실시양태 20에 있어서, 상기 코팅물 또는 필름이 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 ≥0.90의 평균 열 방사율 계수 E를 갖는 가공 도체.
실시양태 22. 실시양태 20 또는 21에 있어서, 상기 코팅물 또는 필름이 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 ≥0.80의 평균 태양 반사율 계수 R을 갖는 가공 도체.
실시예 22a. 실시양태 20 또는 21에 있어서, 상기 코팅물 또는 필름이 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 ≥0.90의 평균 태양 반사율 계수 R을 갖는 가공 도체.
실시양태 23. 실시양태 20, 21, 22 또는 22a에 있어서, 상기 코팅물 또는 필름이 실질적으로 백색이고, L*≥ 80, L*≥ 85, L*≥ 90 또는 L*≥ 95를 갖는 가공 도체.
실시양태 24. 실시양태 20 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅물 또는 필름이 ASTM E408(2013)에 따라 시험하였을 때 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 ≥0.90의 평균 열 방사율 계수 E 및/또는 ASTM E903(2012)에 따라 시험하였을 때 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 평균 태양 반사율 계수 R≥0.80(바람직하게는 R ≥ 0.90) 및/또는 평균 태양 흡수율 계수 A≤0.10을 갖는 가공 도체.
실시양태 25. 실시양태 20 내지 24 중 어느 하나에 있어서, ANSI C119.4-2004에 따라 시험하였을 때 상기 가공 도체가 상기 코팅물 또는 필름이 없는 동일한 가공 도체의 온도보다 낮은 온도에서 작동하는 가공 도체.
실시양태 26. 실시양태 20 내지 25 중 어느 하나에 있어서, 상기 가공 도체가 사용 시에 ≥2 kV, 2-50 kV, 50-100 kV, 100-150 kV, 150-200 kV, 200-250 kV, 250-300 kV, 300-350 kV, 350-400 kV, 400-450 kV, 450-500 kV, 500-550 kV, 550-600 kV, 600-650 kV, 650-700 kV, 700-750 kV, 750-800 kV 또는 ≥800 kV의 전압에서 전력을 전송하도록 배열되고 적합화되는 가공 도체.
실시양태 27. 실시양태 20 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 상기 가공 도체가 사용 시에 80℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 150℃, 160℃, 170℃, 180℃, 190℃, 200℃, 210℃, 220℃, 230℃, 240℃, 250℃, 260℃, 270℃, 280℃, 290℃, 300℃ 또는 >300℃의 최대 작동 온도까지 작동하도록 배열되고 적합화되는 가공 도체.
실시양태 28. 실시양태 20 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 상기 가공 도체가 사용 중에 가공 철탑 사이에 매달리도록 배열되고 적합화되는 가공 도체.
실시양태 29. 실시양태 20 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 상기 가공 도체가 하나 이상의 금속 도체를 포함하는 가공 도체.
실시양태 30. 실시양태 20 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 상기 가공 도체가 하나 이상의 금속 케이블을 포함하는 가공 도체.
실시양태 31. 실시양태 29 또는 30에 있어서, 상기 하나 이상의 금속 도체 및/또는 하나 이상의 금속 케이블이 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 가공 도체.
실시양태 32. 실시예 20 내지 실시예 31 중 어느 하나에 있어서, 상기 가공 도체가 (i) 전체 알루미늄 도체("AAC"), (ii) 전체 알루미늄 합금 도체("AAAC"), (iii) 알루미늄 도체 강심("ACSR") 도체, (iv) 알루미늄 도체 알루미늄 피복 강심("ACSR/AW") 도체, (v) 애리얼(areal) 연합 케이블("ABC"), (vi) 고온 저처짐("HTLS") 도체; (vii) 알루미늄 도체 복합 코어("ACCC") 도체; (viii) 알루미늄 도체 강철 지지("ACSS/MA") 도체, (ix) 알루미늄 도체 알루미늄 피복 강철 지지("ACSS/AW") 도체; (x) 내열성 알루미늄 합금 도체 강심("TACSR") 도체, (xi) 내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 강심("TACSR/AW") 도체 또는 (xii) 초내열성 알루미늄 합금 도체 알루미늄 피복 인바심("STACIR/AW") 도체를 포함하는 가공 도체.
실시양태 33. 실시양태 20 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅물 또는 필름이 범위 1-10 μm, 10-20 μm, 20-30 μm, 30-40 μm, 40-50 μm, 50-60 μm, 60-70 μm, 70-80 μm, 80-90 μm, 90-100 μm, 100-110 μm, 110-120 μm, 120-130 μm, 130-140 μm, 140-150 μm, 150-160 μm, 160-170 μm, 170-180 μm, 180-190 μm, 190-200 μm, 200-300 μm, 300-400 μm, 400-500 μm, 500-600 μm, 600-700 μm, 700-800 μm, 800-900 μm, 900-1000 μm 또는 >1 mm 내 두께를 갖는 가공 도체.
실시양태 34. 실시양태 20 내지 33 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 가공 도체를 포함하는 전력 또는 배전 시스템.
실시양태 35. 가공 도체에 필름을 코팅시키거나 적용하는 방법으로서,
실시양태 1 내지 19 중 어느 하나에 따른 조성물을 가공 도체의 적어도 일부에 적용하는 단계; 및
상기 조성물을 오로지 수분 경화에 의해서 경화시켜서, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.
실시양태 36. 실시양태 35에 있어서, 상기 조성물을 수분 경화에 의해 경화시키는 단계가 상기 조성물을 주위 온도 이상으로 가열하는 것을 포함하지 않는 방법.
실시양태 37. 실시양태 35 또는 36에 있어서, 상기 조성물을 열 경화 단계를 이용하지 않고 경화시켜서, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
실시양태 38. 실시양태 35, 36 또는 37에 있어서, 상기 조성물을 경화시켜서 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 단계가, 상기 조성물 및/또는 가공 도체 상에 형성되는 코팅물 또는 필름의 온도를 100℃, 90℃ 또는 80℃ 미만으로 유지하는 것을 포함하는 방법.
실시양태 39. 가공 도체 코팅용 조성물을 형성시키는 키트로서,
(i) 반사제; (ii) ≤ 100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥ 70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제; 및 (iii) 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 제1 부분; 및
(i) 비수성 용매를 포함하는 제2 부분을 포함하고,
여기서, 사용 시에 상기 제1 및 제2 부분이 함께 혼합되어 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성하기 위해 가공 도체의 적어도 일부에 적용되는 조성물을 형성시키는 키트.
실시양태 40. 실시양태 39에 있어서, 상기 제1 부분이 (i) 방출제; (ii) 경화제; (iii) 가요성 제제; 및 (iv) 레올로지 제제 중 하나 이상을 추가로 포함하는 키트.
실시양태 41. 실시양태 39 또는 40에 있어서, 상기 제2 부분이 (i) 방출제; (ii) 경화제; (iii) 가요성 제제; 및 (iv) 레올로지 제제 중 하나 이상을 추가로 포함하는 키트.
실시양태 42. 실시양태 39, 40 또는 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물을 하나 이상의 가공 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅 또는 적용하여 코팅물 또는 필름을 형성시키는 제1 장치를 추가로 포함하는 키트.
실시양태 43. 하나 이상의 가공 도체를 포함하는 가공 송전 또는 배선 선로를 개조하는 방법으로서, 상기 방법이
조성물을 가공 도체의 적어도 일부 상으로 분무, 페인팅, 코팅 또는 적용하는 단계로서, 여기서 상기 조성물이 (i) 반사제; (ii) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제; (iii) 비수성 용매; 및 (iv) 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 단계; 및
상기 조성물을 오로지 수분 경화에 의해서 경화시켜서, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.

Claims (20)

  1. 가공 도체 코팅용 조성물로서,
    반사제;
    ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(anatase titanium dioxide)(TiO2)을 포함하는 광촉매제;
    비수성 용매; 및
    하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는, 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 반사제가 ≥100 nm의 평균 입자 크기를 갖는 금홍석 이산화티타늄(rutile titanium dioxide), 알루민산규산나트륨(AlNa12SiO5), 산화아연(ZnO) 또는 산화구리(CuO)를 포함하는, 조성물.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 조성물이
    약 5 내지 약 25중량%의 반사제,
    약 1 내지 약 5중량%의 광촉매제,
    약 24 내지 약 60중량%의 비수성 용매, 및
    약 20 내지 약 70중량%의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는, 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 조성물이
    약 10 내지 약 20중량%의 반사제,
    약 2 내지 약 4중량%의 광촉매제,
    약 28 내지 약 55중량%의 비수성 용매, 및
    약 30 내지 약 60중량%의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는, 조성물.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사제가 백색 충전제를 포함하고, 바람직하게는 상기 백색 충전제가 (i) 산화마그네슘(MgO); (ii) 산화칼슘(CaO); (iii) 산화알루미늄(Al2O3); (iv) 산화아연(ZnO); (v) 탄산칼슘(CaCO3); (vi) 규산알루미늄(Al2SiO5); (vii) 카올린(Al2O3.2SiO2); (viii) 이산화티타늄(TiO2); 또는 (viii) 황산바륨(BaSO4)을 포함하는, 조성물.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 방출제를 추가로 포함하는, 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 방출제가 무기 충전제를 포함하고, 바람직하게는 상기 무기 충전제가 (i) 탄산칼슘(CaCO3); (ii) 소성 카올린(calcined kaolin)(Al2O3.2SiO2); 또는 (iii) 활석(수화된 규산마그네슘(H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2))을 포함하는, 조성물.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매가 화학식 (CH3)2C6H4를 갖는 자일렌, 자일롤 또는 디메틸벤젠, 화학식 (CH3)C6H5를 갖는 톨루엔, 화학식 C2H5OH를 갖는 에탄올, 화학식 CH3CH(OH)CH3을 갖는 이소프로판올, 화학식 C2H5OC2H4OH을 갖는 2-에톡시에탄올 또는 화학식 CH3C(O)OC2H4OC2H5를 갖는 2-에톡시에틸 아세테이트를 포함하는, 조성물.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제가 75-100% 가수분해로 사전 가수분해되는, 조성물.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알킬 실리케이트 결합제가 메틸 실리케이트, 에틸 실리케이트, 프로필 실리케이트, 부틸 실리케이트, 펜틸 실리케이트, 헥실 실리케이트, 헵틸 실리케이트 또는 옥틸 실리케이트를 포함하고, 바람직하게는 상기 알킬 실리케이트 결합제가 n-프로필 실리케이트, 이소프로필 실리케이트 또는 부틸 오르토실리케이트를 포함하는, 조성물.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알킬 실리케이트 결합제가 비플루오린화되는, 조성물.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서, 경화제를 추가로 포함하고, 바람직하게는 상기 경화제가 (i) 염화아연(ZnCl2); 또는 (ii) 염화마그네슘(MgCl2)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 조성물.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 가요성 제제 및/또는 레올로지 제제를 추가로 포함하고, 바람직하게는 상기 레올로지 제제가 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 카복시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 셀룰로오스, 소수성으로 개질된 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 알칼리 팽윤성 에멀젼, 소수성 알칼리 팽윤성 에멀젼, 소수성으로 개질된 에틸렌옥사이드 우레탄 레올로지 개질제, 유기점토, 폴리아미드 또는 발연 실리카를 포함하는, 조성물.　
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된 가공 도체로서,
    사용 시에 상기 조성물이 경화되어, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성하는, 가공 도체.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 코팅물 또는 필름이 적외선 스펙트럼 2.5-30.0 μm에 걸쳐 ≥0.90의 평균 열 방사율 계수 E를 갖고/갖거나,
    상기 코팅물 또는 필름이 태양 스펙트럼 0.3-2.5 μm에 걸쳐 ≥0.80, 바람직하게는 ≥0.90의 평균 태양 반사율 계수 R을 갖고/갖거나,
    상기 코팅물 또는 필름이 실질적으로 백색이고 L*≥ 80, L*≥ 85, L*≥ 90 또는 L*≥ 95를 갖는, 가공 도체.
  16. 청구항 14 또는 15에 따른 하나 이상의 가공 도체를 포함하는 전력 또는 배전 시스템.
  17. 가공 도체에 필름을 코팅하거나 적용하는 방법으로서,
    청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 조성물을 가공 도체의 적어도 일부에 적용하는 단계; 및
    상기 조성물을 오로지 수분 경화에 의해서 경화시켜서, 상기 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 단계를 포함하는, 방법.　
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 조성물을 수분 경화에 의해 경화시키는 단계가 상기 조성물을 주위 온도 이상으로 가열하는 것을 수반하지 않는, 방법.
  19. 가공 도체 코팅용 조성물을 형성시키는 키트로서,
    (i) 반사제; (ii) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제; 및 (iii) 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는 제1 부분; 및
    (i) 비수성 용매를 포함하는 제2 부분을 포함하고;
    여기서, 사용 시에 상기 제1 및 제2 부분이 함께 혼합되어 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성하기 위해 가공 도체의 적어도 일부에 적용되는 조성물을 형성시키는, 키트.
  20. 하나 이상의 가공 도체를 포함하는 가공 송전 또는 배선 선로를 개조하는 방법으로서,
    상기 방법이
    조성물을 가공 도체의 적어도 일부 상에 분무, 페인팅, 코팅 또는 적용하는 단계로서, 여기서 상기 조성물이 (i) 반사제; (ii) ≤100 nm의 평균 입자 크기("aps")를 갖는 ≥70중량%의 예추석 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매제; (iii) 비수성 용매; 및 (iv) 하나 이상의 알킬 실리케이트 결합제를 포함하는, 단계; 및
    상기 조성물을 오로지 수분 경화에 의해서 경화시켜서, 가공 도체의 적어도 일부 상에 코팅물 또는 필름을 형성시키는 단계를 포함하는, 방법.
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