WO2020076138A1 - Complex coating solution, metal substrate structure manufactured using same, and manufacturing method therefor - Google Patents

Complex coating solution, metal substrate structure manufactured using same, and manufacturing method therefor Download PDF

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WO2020076138A1
WO2020076138A1 PCT/KR2019/013425 KR2019013425W WO2020076138A1 WO 2020076138 A1 WO2020076138 A1 WO 2020076138A1 KR 2019013425 W KR2019013425 W KR 2019013425W WO 2020076138 A1 WO2020076138 A1 WO 2020076138A1
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graphite
coating solution
composite coating
polymer
metal substrate
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PCT/KR2019/013425
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Korean (ko)
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좌용호
송요셉
김한
임효령
이혜민
장병권
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한양대학교 에리카산학협력단
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    • C09D5/08Anti-corrosive paints
    • C09D5/082Anti-corrosive paints characterised by the anti-corrosive pigment
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    • C09D7/40Additives
    • C09D7/60Additives non-macromolecular
    • C09D7/61Additives non-macromolecular inorganic

Definitions

  • the present application relates to a composite coating solution, a metal substrate structure manufactured using the same, and a method for manufacturing the same, more specifically, a composite coating solution comprising a graphite nanoplate and a silicon-based inorganic polymer, a metal substrate structure produced using the same, And a method of manufacturing the same.
  • Metals have high electrical conductivity and mechanical properties, and are used in various industrial fields. However, the metal can also be oxidized by moisture in the atmosphere, and thus improving the corrosion resistance and oxidation resistance of the metal is an important issue.
  • materials being studied for improving corrosion resistance and oxidation resistance include non-oxidizing metals or metal compounds, and non-metal compounds, and electrochemical deposition, physical vapor deposition, chemical vapor deposition on the metal surface to be protected. It is manufactured by a method such as dip coating.
  • ceramic materials such as metal oxides require high vacuum and high temperature processes, and thus require high process costs.
  • the process cost may be reduced, but at a high temperature, the inherent properties of the material may be lost and carbonized, and cracks may occur in the coating layer.
  • a coating liquid material in which a ceramic material such as an organic polymer and a metal oxide is mixed has been studied.
  • the Republic of Korea Patent Publication No. 10-1081988 (Application No. 10-2008-0132540) is selected from the group consisting of polyester resin, epoxy resin, polyurethane resin, acrylic resin, fluororesin, polycarbonate resin and phenol resin.
  • 100 parts by weight of one or more main resins, 1 to 20 parts by weight of a melamine-based curing agent, 1 to 20 parts by weight of one or more of carbon black and carbon nanotubes, 1 to 40 parts by weight of metal powder, and 0.001 to 20 parts of organic clay Disclosed is a coating composition comprising parts by weight and having excellent conductivity and corrosion resistance.
  • One technical problem to be solved by the present application is to prepare a coating layer containing a metal oxide and a graphite nanoplate by curing a composite coating solution containing a polymer and a graphite nanoplate, and a composite coating solution having improved oxidation resistance and corrosion resistance, and using the same It is to provide a metal substrate structure, and a method for manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present application is to provide a composite coating solution having electrical conductivity, including a graphite nanoplate, a metal substrate structure manufactured using the same, and a method of manufacturing the same.
  • the present application provides a method for producing a composite coating solution.
  • the method for preparing the composite coating solution comprises: preparing a base solution containing a metal salt, providing graphite to the base solution, providing graphite to the base solution, and anion of the metal salt to the graphite Inserting into the interlayer of, preparing a graphite interlayer compound, heat-treating the graphite interlayer compound to form expanded graphite, dispersing the expanded graphite to prepare a graphite nanoplate, and the graphite nanoplate, and By mixing the polymer, it may include the step of preparing a composite coating solution.
  • the step of heat-treating the graphite interlayer compound, the thermal decomposition of the anion of the metal salt contained in the graphite interlayer compound, and the expansion force of the gas formed by the thermal decomposition of the anion, the graphite interlayer compound may include the step of manufacturing the expanded graphite is increased interlayer distance.
  • the amount of defects provided in the graphite nanoplate may be increased.
  • the amount of defects provided in the graphite nanoplate increases It can include.
  • the polymer is polysilazane
  • the solvent of the composite coating solution may include a non-polar solvent
  • the polymer is polysiloxane
  • the solvent of the composite coating solution may include a polar solvent
  • the metal salt may include at least one of azide salt, carbonate, nitrate, sulfate, or phosphate.
  • the present application provides a composite coating solution.
  • the composite coating solution includes a graphite nanoplate and a polymer, and with respect to 100 parts by weight of the total of the graphite nanoplate and the polymer, the graphite nanoplate is 10 parts by weight or more and 50 parts by weight or less , And the polymer may include 50 parts by weight or more and 90 parts by weight or less.
  • the polymer may include either an organic polymer or an inorganic polymer.
  • the organic polymer may include at least one of an epoxy polymer, a cellulose polymer, a vinyl polymer, an acrylic polymer, a fluorine polymer, an amide polymer, an imide polymer, or an acetate polymer. .
  • the inorganic polymer may include at least one of polysiloxane, polysilazane, or polysilicate.
  • the present application provides a coating method using a composite coating solution.
  • the composite coating solution when the polymer of the composite coating solution is polysilazane, the composite coating solution is coated on a metal substrate by either a spray coating method or a spin coating method. It may include.
  • the coating method using the composite coating solution when the polymer of the composite coating solution is polysiloxane, coats the composite coating solution on a metal substrate by either a bar coating method or a doctor blade coating method It may include.
  • the step of preparing a coating layer by hot pressing the pre-coating layer prepared by the coating method using the composite coating solution, the amount of the graphite nanoplate in the pre-coating layer increases, reducing the process pressure It may include.
  • the present application provides a metal substrate structure.
  • the metal substrate structure, a metal substrate, and disposed on the metal substrate comprises a graphite nanoplate, and a coating layer comprising silicon oxide, the coating layer, the silicon-carbon bond in the IR analysis method It does not include, it may include a higher oxidation resistance and stone resistance than the metal substrate.
  • the metal substrate structure may include that as the amount of the silicon oxide in the coating layer increases, corrosion resistance increases.
  • Method of manufacturing a composite coating solution preparing a base solution containing a metal salt, providing graphite to the base solution, inserting anions of the metal salt into the interlayer of the graphite, graphite interlayer compound
  • the step of preparing, forming the expanded graphite by heat-treating the graphite interlayer compound, dispersing the expanded graphite, preparing a graphite nanoplate, and mixing the graphite nanoplate and the polymer to prepare a composite coating solution It may include the steps.
  • the anion inserted between the graphite interlayers may be thermally decomposed. Accordingly, a gas may be formed, and the expanded graphite may be generated by the expanding force of the gas. At this time, the expansion force of the gas is directly received, the carbon-carbon bond is broken, and the expanded graphite having defects can be produced. Therefore, the more the anions inserted, the more defects can be increased in the expanded graphite.
  • the anion contains oxygen
  • the oxidizing gas may be formed, and accordingly, an oxygen-based functional group may be formed on the expanded graphite.
  • the defects may increase as the process time and process temperature of the heat treatment step increase. That is, according to the above, the amount of the defect in the expanded graphite can be adjusted.
  • the step of preparing the composite coating solution may include mixing the graphite nanoplate with 10 to 50 parts by weight, and the polymer with the remaining parts by weight, compared to 100 parts by weight of the total of the graphite nanoplate and the polymer. Accordingly, a composite coating solution in which the graphite nanoplate and the polymer are uniformly dispersed without aggregation, and the adhesion between the metal substrate and the metal is improved may be prepared.
  • the composite coating solution prepared according to the above may be coated on the metal substrate and then cured to form a coating layer.
  • the composite coating solution may include a silicon-based inorganic polymer, and the coating layer prepared accordingly may include the graphite nanoplate and silicon oxide prepared by curing the silicon-based inorganic polymer.
  • the silicon oxide may exhibit corrosion resistance and oxidation resistance
  • the graphite nanoplate may exhibit electrical conductivity. Accordingly, the metal substrate on which the coating layer is formed can be improved in corrosion resistance and oxidation resistance, and also has electrical conductivity, so that it can be easily used in an industrial field where electrical conductivity of the metal is required.
  • FIG. 1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 4 are views for explaining a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 6 are views for explaining a method of manufacturing a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 to 10 are views showing a scanning electron microscope (SEM) image of a graphite interlayer compound and expanded graphite in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • SEM scanning electron microscope
  • FIG. 11 to 12 are views showing an atomic force microscope (AFM) image, particle size distribution, and particle thickness distribution of a graphite nanoplate in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • AFM atomic force microscope
  • FIG. 13 is a view illustrating a transmission electron microscope (TEM), a high resolution transmission electron microscope (HRTEM), and a fast Fourier transform (FFT) image of a graphite nanoplate in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • TEM transmission electron microscope
  • HRTEM high resolution transmission electron microscope
  • FFT fast Fourier transform
  • FIG. 14 is a view showing an image photographed while irradiating light to a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • SEM 15 is a view showing a scanning electron microscope (SEM) image of a coating layer of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 to 17 are views showing an infrared (IR) spectrum of a coating layer of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • 18 to 19 are views showing resistance before and after heat treatment of the metal substrate structure according to the embodiment of the present invention.
  • 20 to 21 are views showing a scanning electron microscope (SEM) image before and after heat treatment of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • SEM scanning electron microscope
  • FIG. 22 is a view showing an X-ray diffraction pattern (XRD) before and after heat treatment of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • XRD X-ray diffraction pattern
  • FIGS. 23 to 24 are diagrams showing sample images before and after brine treatment of a metal substrate structure according to Comparative Example 3 and Experimental Example 2-1 of the present invention, and scanning electron microscope (SEM) images.
  • 25 to 26 are views showing a sample image and a scanning electron microscope (SEM) image after saline treatment of the metal substrate structure according to Comparative Example 4 and Experimental Example 2-1 of the present invention.
  • SEM scanning electron microscope
  • FIGS. 27 to 28 are views showing a sample image after sulfuric acid treatment and a scanning electron microscope (SEM) image of the metal substrate structure according to Comparative Example 4 and Experimental Example 2-1 of the present invention.
  • 29 to 30 are diagrams showing a polarization curve and an impedance of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a view showing the electrical conductivity and adhesion test results according to the graphite nanoplate mass ratio of the metal substrate structure according to Experimental Example 2-2 of the present invention.
  • a component when referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on another component, or a third component may be interposed between them.
  • a third component may be interposed between them.
  • the thickness of the films and regions are exaggerated for effective description of the technical content.
  • first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Therefore, what is referred to as the first component in one embodiment may be referred to as the second component in another embodiment.
  • first component in one embodiment
  • second component in another embodiment
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' is used to mean including at least one of the components listed before and after.
  • FIGS. 2 to 4 are views for explaining a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • a base solution containing a metal salt may be prepared (S110).
  • the metal salt may include at least one of azide salt, carbonate, nitrate, sulfate, or phosphate, and specifically, the metal salt may be sodium azide (NaN 2 ).
  • the graphite interlayer compound 200 can be prepared Yes (S120).
  • the graphite 100 may be provided in the base solution.
  • the graphite interlayer compound 200 in which the anion 210 of the metal salt is inserted between the layers of the graphite 100 is prepared by stirring the base solution provided with the graphite 100, as shown in FIG. 2. Can be.
  • the base solution may be prepared by mixing the sodium azide and distilled water. After mixing the graphite (100) in the base solution, stirred and layers the azide Chemistry azide anion of sodium (N 3 -) in the graphite 100 is the above-graphite intercalation compound (200) inserted into a prepared Can be.
  • expanded graphite 300 may be formed by heat-treating the graphite interlayer compound 200 (S130).
  • the expanded graphite 300 may be prepared by thermally decomposing the anion 210 in the graphite interlayer compound 200. That is, the anion 210 provided between the layers of the graphite 100 is thermally decomposed, and gas may be formed. Accordingly, as illustrated in FIG. 3, the interlayer distance of the graphite 100 is increased.
  • the expanded graphite 300 may be manufactured, and the expanded graphite 300 may include residues or impurities 310 by thermal decomposition of the anion 210 between layers.
  • the expanded graphite 300 manufactured according to the above-described method may have a larger interlayer distance than the graphite interlayer compound 200. That is, as shown in FIG. 3, the expanded graphite 300 may have an interlayer distance indicated by l 2 , and as shown in FIG. 2, the graphite interlayer compound 200 is indicated by l 1 When having an interlayer distance, the interlayer distance l 2 of the expanded graphite 300 may have a larger value than the interlayer distance l 1 of the graphite interlayer compound 200.
  • the anion 210 is thermally decomposed and the gas generated may rapidly expand in volume.
  • the expansion force of the gas is directly applied between the layers of the graphite, the carbon-carbon bond may be broken, and accordingly, the expanded graphite 300 provided with voids or defects may be manufactured.
  • the amount of gas generated increases, and accordingly, the amount of defects provided to the expanded graphite 300 may increase.
  • the expanded graphite 300 may be manufactured by at least one method among acid treatment, plasma treatment, or microwave in addition to the heat treatment process.
  • the expanded graphite 300 is manufactured by plasma treatment of the graphite interlayer compound 200, as described above, as the plasma pressure increases, defects provided to the expanded graphite 300 The amount of can be increased.
  • the amount of defects provided to the expanded graphite 300 may be controlled.
  • the mixing ratio of the metal salt and the graphite is the same, but different metal salts may be mixed.
  • the amount of defects provided to the expanded graphite 300 may be determined.
  • an oxidizing gas may be generated by thermal decomposition of the anion 210. Accordingly, the expanded graphite 300 in which the amount of defects is increased by oxidation is formed by the oxidizing gas.
  • the metal salt may be at least one of sulfate, nitrate, or carbonate.
  • the anion 210 may not include the oxygen.
  • the gas may provide only an expansion force. Accordingly, the amount of defects provided in the expanded graphite 300 may be relatively small compared to the case where the anion 210 contains oxygen.
  • the metal salt may be an azide salt.
  • the type of the metal salt is the same, but the mixing ratio of the metal salt and the graphite 100 may be changed.
  • the mixing ratio of the metal salt to the graphite 100 increases, the amount of gas generated may increase, and accordingly, the amount of defects provided to the expanded graphite 300 may increase.
  • the expanded graphite 300 is dispersed to prepare a graphite nanoplate 400 (S140).
  • the graphite nanoplate 400 may be manufactured by providing and expanding the expanded graphite 300 in a solvent.
  • the solvent may be at least one of a fatty solvent, an aromatic solvent, a polar solvent, or a non-polar solvent.
  • the expanded graphite 300 may be dispersed by at least one of a stirrer, an ultrasonic disperser, a vibration mixer, a share mixer, a ball mill, an attraction mill, or a planetary mill.
  • the graphite nanoplate 400 may be manufactured by dispersing it using an ultrasonic disperser.
  • a composite coating solution may be prepared by mixing the graphite nanoplate 400 and a polymer (S150).
  • the polymer may be an organic polymer or an inorganic polymer.
  • the organic polymer may be at least one of an epoxy polymer, a cellulose polymer, a vinyl polymer, an acrylic polymer, a fluorine polymer, an amide polymer, an imide polymer, or an acetate polymer.
  • the inorganic polymer may be at least one of polysiloxane, polysilazane, or polysilicate.
  • the graphite nanoplate 400 may include defects, and the polymer may be selected according to the amount of defects in the graphite nanoplate 400.
  • the expanded graphite 300 may include the defect. Accordingly, by dispersing the expanded graphite 300, defects may be distributed in the manufactured graphite nanoplate 400.
  • the expanded graphite 300 may be oxidized by the oxidizing gas, and accordingly, the graphite nanoplate may further include an oxygen-based functional group.
  • the oxygen-based functional group may be at least one of a hydroxy group (hydroxyl) or a carboxyl group (carboxyl).
  • the amount of defects in the graphite nanoplate 400 increases, it may be mixed with the polymer 1120 that exhibits relatively polarity.
  • the polymer 1120 may be polysilazane represented by ⁇ Formula 1> below, and also, the The composite coating solution can be prepared using a non-polar solvent.
  • the non-polar solvent may be at least one selected from xylene, dibutyl ether, and the like.
  • the polymer 1120 may be polysiloxane represented by ⁇ Formula 2> below, and the composite coating solution may also be It can be prepared using a polar solvent.
  • the polar solvent may be at least one selected from isopropyl alcohol and the like.
  • the composite coating solution may include 10 to 50 parts by weight of the graphite nanoplate 400, compared to 100 parts by weight of the total of the graphite nanoplate 400 and the polymer 1120, and the polymer (1120) may be included as the remaining weight parts.
  • the composite coating solution contains less than 10 parts by weight of the graphite nanoplate 400, the electrical conductivity of the coating layer manufactured using the composite coating solution may be reduced.
  • the composite coating solution contains more than 50 parts by weight of the graphite nanoplate 400, adhesive strength of the composite coating solution may be reduced, and accordingly, it is easy to manufacture the coating layer using the composite coating solution. You may not.
  • the composite coating solution may include 10 to 50 parts by weight of the graphite nanoplate 400, and accordingly, the coating layer on the metal substrate using the composite coating solution This can be easily manufactured.
  • 5 to 6 are views for explaining a method of manufacturing a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • the coating layer 1200 is a step of preparing a pre-coating layer 1100 by coating a composite coating solution on the metal substrate 1000, and curing the pre-coating layer 1100 Can be manufactured.
  • a method of coating the composite coating solution on the metal substrate 1000 may be selected according to the viscosity of the composite coating solution.
  • the viscosity of the composite coating solution may be relatively low.
  • the composite coating solution does not maintain the shape of droplets on the metal substrate 1000, and spreading may occur.
  • the composite coating solution is any one selected from spray coating, spin coating, etc. It can be coated with.
  • the viscosity of the composite coating solution may be relatively high.
  • the spray nozzle is clogged in the process of spraying the composite coating solution on the metal substrate 1000.
  • it may be aggregated on the metal substrate 1000.
  • the composite coating solution may be coated by any one method selected from a bar coating method, a doctor blade coating method, and the like.
  • a method of curing the pre-coating layer 1100 may be selected according to the viscosity of the composite coating solution, as described above.
  • the coating layer 1200 may be manufactured by any one process among heat treatments. Specifically, for example, the coating layer 1200 may be manufactured by photocuring the preliminary coating layer 1100. Alternatively, for example, the coating layer 1200 may be manufactured by heat-treating the pre-coating layer 1100 in a water vapor or ammonia gas atmosphere.
  • the coating layer 1200 may include the pre-coating layer 1100.
  • the coating layer 1200 may be formed in a shorter time than the photocuring method.
  • the coating layer 1200 may be manufactured by applying a pressure of 5 ton to the pre-coating layer 1100 and performing it at a temperature of 200 ° C. for 10 minutes.
  • the coating layer 1200 manufactured as described above may include an inorganic material formed by curing the polymer 1120 in the pre-coating layer 1100, and the graphite nanoplate 1110.
  • the inorganic material 1220 may be silicon oxide.
  • the inorganic material 1220 may not include the silicon-carbon bond indicated in ⁇ Formula 2>, and accordingly, the coating layer 1200 with improved heat resistance may be manufactured.
  • the corrosion resistance may be improved, and as the amount of the graphite nanoplate 1110 is increased, the electrical conductivity of the coating layer 1200 may be improved.
  • the metal substrate structure may have improved oxidation resistance and corrosion resistance than the metal substrate 1000.
  • the metal substrate structure may have electrical conductivity, and thus, corrosion of the metal substrate 1000 may be prevented, and at the same time, electrical conductivity characteristics of the metal substrate 1000 may be maintained. Accordingly, a coating method using a composite coating solution according to an embodiment of the present invention may be easily used in various industrial fields having oxidation resistance and corrosion resistance, but requiring electrical conductivity of the metal substrate 1000.
  • the alumina container After providing 2.5 g of the graphite interlayer compound powder to an alumina container, the alumina container was charged to a heat treatment equipment.
  • the heat treatment equipment was maintained at a temperature of 500 ° C. for 20 minutes to prepare expanded graphite from the graphite interlayer compound powder.
  • a dispersion solution was prepared by providing the expanded graphite to xylene.
  • the dispersion solution was dispersed with an ultrasonic disperser for 1 hour to prepare a graphite nanoplate.
  • FIG. 7 to 10 are views showing a scanning electron microscope (SEM) image of a graphite interlayer compound and expanded graphite in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • SEM scanning electron microscope
  • FIG. 7 a surface image of a graphite interlayer compound prepared in a method of preparing a composite coating solution according to Experimental Examples 1-1 to 1-3 of the present invention was photographed.
  • the expanded graphite has a structure that changes depending on the type of the metal salt inserted between the layers of the graphite.
  • the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to Experimental Example 1-1 shown in FIG. 8 and the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to FIGS. 1-2 are made of different metal salts, and accordingly, different It was confirmed to have a structure.
  • the G peak is a peak observed in the graphite-based material
  • the D peak is a peak indicating a defect in the structure
  • the 2D peak is a peak related to thickness. Accordingly, for the measured G peak, D peak, and 2D peak, the values of the D peak compared to the G peak and the 2D peak compared to the G peak were prepared in ⁇ Table 2> below.
  • the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to Experimental Examples 1-3 has the largest interlayer spacing.
  • the thickness of the expanded graphite prepared as described above may be thin, and accordingly, the value of the 2D peak / G peak of the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to Experimental Examples 1-1 to Experimental Examples 1-3. It can be seen that these are substantially similar to each other.
  • FIG. 11 to 12 are views showing an atomic force microscope (AFM) image, particle size distribution, and particle thickness distribution of a graphite nanoplate in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • AFM atomic force microscope
  • the graphite nanoplate has a size of 2um x 2um and a thickness of 6nm.
  • the graphite nanoplate has an average size of 2 to 3 um and a thickness of 10 to 20 nm.
  • FIG. 13 is a view showing a transmission electron microscope (TEM), a high resolution transmission electron microscope (HRTEM), and a fast Fourier transform (FFT) image of a graphite nanoplate in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • TEM transmission electron microscope
  • HRTEM high resolution transmission electron microscope
  • FFT fast Fourier transform
  • the graphite nanoplate has a stacked structure of about 15 graphite monolayers of about 0.34 nm.
  • the graphite nanoplate has a (100) plane and a (006) plane.
  • FIG. 14 is a view showing an image photographed while irradiating light to a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
  • the composite coating solution is the graphite nanoplate and the polymer are relatively uniformly dispersed, and accordingly, when irradiating light to the composite coating solution, the light It was confirmed that the course was not visible.
  • the dispersion containing the graphite nanoplate alone without the polymer is relatively As a result, dispersibility may decrease, and accordingly, a tindle phenomenon in which the path of light irradiated to the dispersion is confirmed is observed.
  • the composite coating solution according to Experimental Example 1-3 was used, but the composite coating solution was prepared to include the polysilazane in the polysilazane or the polysiloxane.
  • the composite coating solution according to Experimental Example 1-3 was used, but the composite coating solution was prepared to include the polysiloxane in the polysilazane or the polysiloxane.
  • the composite coating solution was coated on the surface of a copper substrate or an aluminum substrate at a rate of 1 cm / s, and then dried at a temperature of 160 ° C. for 5 minutes to prepare a pre-coating layer.
  • a metal substrate structure according to Experimental Example 2-2 was prepared by hot pressing the pre-coated layer at a pressure of 5 tons and a temperature of 200 ° C. for 10 minutes.
  • SEM 15 is a view showing a scanning electron microscope (SEM) image of a coating layer of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 to 17 are views showing an infrared (IR) spectrum of a coating layer of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • the coating layer prepared according to Comparative Example 2-2 prepared using the polysiloxane had the silicon-oxygen-silicon peak and the silicon-carbon peak.
  • the coating layer prepared according to Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2 contains silicon oxide.
  • the coating layer prepared according to Comparative Example 2-2 further had a silicon-carbon bond compared to the coating layer according to Comparative Example 2-1.
  • the coating layer prepared according to Comparative Example 2-1 has a comparatively higher heat resistance than the coating layer prepared according to Comparative Example 2-2.
  • the coating layer prepared according to Experimental Example 2-1 further includes the graphite nanoplate, which is a graphite-based material that absorbs light, Accordingly, it was confirmed that the intensity of the peak of the infrared spectrum was reduced.
  • 18 to 19 are views showing resistance before and after heat treatment of the metal substrate structure according to the embodiment of the present invention.
  • the copper substrate which is a metal substrate structure according to Comparative Example 3 of the present invention, exhibits the color of copper before the heat treatment and the resistance value is measured to be 0.0 ⁇ .
  • Fig. 19 (a) it was confirmed that the surface of the copper substrate was oxidized after heat treatment to lose the color of copper, and the resistance value was also increased to 34.7 k ⁇ .
  • the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 of the present invention further comprises the coating layer comprising the silicon oxide and the graphite nanoplate on the surface of the copper substrate It was made to. Accordingly, it was confirmed that the electrical conductivity was reduced than the copper substrate shown in FIG. 18 (a), and the resistance value was increased to 92.8 ⁇ .
  • the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 of the present invention unlike the copper substrate shown in Figure 19 (a), does not oxidize, The resistance value was also confirmed to have a relatively low value of 0.8 ⁇ .
  • 20 to 21 are views showing a scanning electron microscope (SEM) image before and after heat treatment of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • SEM scanning electron microscope
  • the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 further comprising the coating layer on the copper substrate, regardless of before and after heat treatment, substantially It was confirmed to have the same surface.
  • FIG. 22 is a view showing an X-ray diffraction pattern (XRD) before and after heat treatment of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • XRD X-ray diffraction pattern
  • the metal substrate structure according to Comparative Example 3 was confirmed to exhibit a copper oxide peak unlike heat treatment after heat treatment.
  • the coating layer prevents oxidation of the copper substrate by heat treatment.
  • FIGS. 23 to 24 are diagrams showing sample images before and after brine treatment of a metal substrate structure according to Comparative Example 3 and Experimental Example 2-1 of the present invention, and scanning electron microscope (SEM) images.
  • the metal substrate structure according to Comparative Example 3 (FIG. 24 (a)) was confirmed that copper oxide is formed on the surface over time, after 72 hours of brine treatment It was confirmed that the size of the copper oxide was increased. On the other hand, it was confirmed that the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 (FIG. 24 (b)) had substantially no change in surface structure even after 72 hours of brine treatment. .
  • 25 to 26 are views showing a sample image after the saline treatment of the metal substrate structure according to Comparative Example 4 and Experimental Example 2-1 of the present invention, and a scanning electron microscope (SEM) image.
  • FIGS. 27 to 28 are views showing a sample image after sulfuric acid treatment and a scanning electron microscope (SEM) image of the metal substrate structure according to Comparative Example 4 and Experimental Example 2-1 of the present invention.
  • the coating layer prevents corrosion of the copper substrate and the aluminum substrate by brine treatment and sulfuric acid.
  • 29 to 30 are diagrams showing a polarization curve and an impedance of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 increases the amount of current of the graphite nanoplate to 1 to 10 quills, increasing the current. It can be seen that the density value is reduced. Accordingly, it was confirmed that the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 had a corrosion rate about 40 times slower than that of the copper substrate.
  • the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 is increased in resistance by about 200 times compared to the copper substrate, and accordingly, the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 is the copper substrate. It can be seen that it has a corrosion efficiency of about 99% or more.
  • FIG. 31 is a view showing the electrical conductivity and adhesion test results according to the graphite nanoplate mass ratio of the metal substrate structure according to Experimental Example 2-2 of the present invention.
  • the metal substrate structure according to Experimental Example 2-2 was confirmed that the higher the mass ratio of the graphite nanoplate, the higher the electrical conductivity.
  • the graphite nanoplate is included in 50 parts by weight, it has the highest electrical conductivity, and when the graphite nanoplate exceeds 50 parts by weight, the value of electrical conductivity is reduced again.
  • the metal substrate structure should be able to provide electrical conductivity to the metal substrate in the metal substrate structure, and accordingly, it can be seen that the graphite nanoplate is included in 10 to 50 parts by weight.
  • Composite coating solution according to an embodiment of the present application, a metal substrate structure manufactured using the same, and a method of manufacturing the electrical conductivity, such as an electrically conductive material, a secondary battery material, a building material, a field for detecting destruction and deformation inside a building structure , It can be applied to various industrial fields that require oxidation resistance and corrosion resistance.

Abstract

A method for manufacturing a complex coating solution may comprise the steps of: preparing a base solution containing a metal salt; preparing a graphite intercalation compound by providing graphite to the base solution to intercalate an anion of the metal salt between layers of the graphite; forming an expandable graphite by thermally treating the graphite intercalation compound; preparing a graphite nanoplate by dispersing the expandable graphite; and preparing a complex coating solution by mixing the graphite nanoplate and a polymer.

Description

복합 코팅액, 이를 이용하여 제조된 금속 기판 구조체, 및 그 제조 방법Composite coating solution, metal substrate structure manufactured using the same, and method for manufacturing same
본 출원은 복합 코팅액, 이를 이용하여 제조된 금속 기판 구조체, 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 흑연나노플레이트 및 실리콘계 무기 고분자를 포함하는 복합 코팅액, 이를 이용하여 제조된 금속 기판 구조체, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a composite coating solution, a metal substrate structure manufactured using the same, and a method for manufacturing the same, more specifically, a composite coating solution comprising a graphite nanoplate and a silicon-based inorganic polymer, a metal substrate structure produced using the same, And a method of manufacturing the same.
금속은 높은 전기전도성 및 기계적 물성 등을 가져, 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 그러나, 금속은 대기 중의 수분에 의해서도 산화될 수 있어, 금속의 내부식성 및 내산화성 향상이 중요한 이슈가 되고 있다.Metals have high electrical conductivity and mechanical properties, and are used in various industrial fields. However, the metal can also be oxidized by moisture in the atmosphere, and thus improving the corrosion resistance and oxidation resistance of the metal is an important issue.
이에 따라, 내부식성 및 내산화성 향상을 위해 연구되고 있는 소재로는 비산화성 금속 또는 금속화합물, 및 비금속화합물 등이 있고, 이를 보호하고자 하는 금속 표면에 전기화학적 증착, 물리적 기상 증착, 화학적 기상 증착,딥코팅 등의 방법으로 제조하고 있다.Accordingly, materials being studied for improving corrosion resistance and oxidation resistance include non-oxidizing metals or metal compounds, and non-metal compounds, and electrochemical deposition, physical vapor deposition, chemical vapor deposition on the metal surface to be protected. It is manufactured by a method such as dip coating.
하지만, 금속산화물등의 세라믹 재료는 고진공 및 고온 공정이 요구되어 높은 공정 비용이 소요된다. 또한, 유기 고분자의 경우, 공정 비용은 감소될 수 있으나, 고온에서 재료 고유의 특성을 잃고, 탄화되며, 이 때, 코팅층에 크랙이 발생될 수 있다.However, ceramic materials such as metal oxides require high vacuum and high temperature processes, and thus require high process costs. In addition, in the case of an organic polymer, the process cost may be reduced, but at a high temperature, the inherent properties of the material may be lost and carbonized, and cracks may occur in the coating layer.
이에 따라, 유기 고분자와 금속산화물 등의 세라믹 소재를 혼합한 코팅액 소재가 연구되고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록 특허 공보 10-1081988(출원 번호 10-2008-0132540)에는 폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 불소수지, 폴리카보네이트 수지 및 페놀수지로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 주제수지 100중량부, 멜라민계 경화제가 1~20중량부, 카본블랙 및 카본나노튜브 중 1종 이상 1~20중량부, 금속분말1~40중량부, 및 유기화된 점토 0.001~20중량부를 포함하고, 전도성 및 내부식성이 우수한 코팅제 조성물이 개시된다.Accordingly, a coating liquid material in which a ceramic material such as an organic polymer and a metal oxide is mixed has been studied. For example, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-1081988 (Application No. 10-2008-0132540) is selected from the group consisting of polyester resin, epoxy resin, polyurethane resin, acrylic resin, fluororesin, polycarbonate resin and phenol resin. 100 parts by weight of one or more main resins, 1 to 20 parts by weight of a melamine-based curing agent, 1 to 20 parts by weight of one or more of carbon black and carbon nanotubes, 1 to 40 parts by weight of metal powder, and 0.001 to 20 parts of organic clay Disclosed is a coating composition comprising parts by weight and having excellent conductivity and corrosion resistance.
본 출원이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고분자 및 흑연나노플레이트를 포함하는 복합 코팅액을 경화시켜, 금속산화물 및 흑연나노플레이트를 포함하는 코팅층을 제조하여, 내산화성 및 내부식성이 향상된 복합 코팅액, 이를 이용하여 제조된 금속 기판 구조체, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present application is to prepare a coating layer containing a metal oxide and a graphite nanoplate by curing a composite coating solution containing a polymer and a graphite nanoplate, and a composite coating solution having improved oxidation resistance and corrosion resistance, and using the same It is to provide a metal substrate structure, and a method for manufacturing the same.
본 출원이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 흑연나노플레이트를 포함하여, 전기전도성을 갖는 복합 코팅액, 이를 이용하여 제조된 금속 기판 구조체, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present application is to provide a composite coating solution having electrical conductivity, including a graphite nanoplate, a metal substrate structure manufactured using the same, and a method of manufacturing the same.
본 출원이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present application is not limited to the above.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은, 복합 코팅액의 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present application provides a method for producing a composite coating solution.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합 코팅액의 제조 방법은, 금속염을 포함하는 베이스 용액을 준비하는 단계, 상기 베이스 용액에 흑연을 제공하여, 상기 베이스 용액에 흑연을 제공하고, 상기 금속염의 음이온을 상기 흑연의 층간에 삽입하여, 흑연 층간 화합물을 제조하는 단계, 상기 흑연 층간 화합물을 열처리하여 팽창 흑연을 형성하는 단계, 상기 팽창 흑연을 분산시켜, 흑연나노플레이트를 제조하는 단계, 및 상기 흑연나노플레이트, 및 고분자를 혼합하여, 복합 코팅액을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the method for preparing the composite coating solution comprises: preparing a base solution containing a metal salt, providing graphite to the base solution, providing graphite to the base solution, and anion of the metal salt to the graphite Inserting into the interlayer of, preparing a graphite interlayer compound, heat-treating the graphite interlayer compound to form expanded graphite, dispersing the expanded graphite to prepare a graphite nanoplate, and the graphite nanoplate, and By mixing the polymer, it may include the step of preparing a composite coating solution.
일 실시 예에 따르면, 상기 흑연 층간 화합물을 열처리하는 단계는, 상기 흑연 층간 화합물 내에 포함된 상기 금속염의 상기 음이온을 열분해시키는 단계, 및 상기 음이온의 열분해에 의해 형성된 가스의 팽창력으로, 상기 흑연 층간 화합물보다 층간 거리가 증가된 상기 팽창 흑연을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step of heat-treating the graphite interlayer compound, the thermal decomposition of the anion of the metal salt contained in the graphite interlayer compound, and the expansion force of the gas formed by the thermal decomposition of the anion, the graphite interlayer compound It may include the step of manufacturing the expanded graphite is increased interlayer distance.
일 실시 예에 따르면, 상기 흑연 층간 화합물을 열처리하는 단계의 공정 온도, 또는 공정 압력이 증가될수록, 상기 흑연나노플레이트 내에 제공되는 결함의 양이 증가되는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, as the process temperature or the process pressure of the step of heat-treating the graphite interlayer compound increases, the amount of defects provided in the graphite nanoplate may be increased.
일 실시 예에 따르면, 상기 고분자의 극성에 따라, 상기 흑연나노플레이트 내에 제공되는 결함의 양을 조절하는 것을 포함하되, 상기 고분자의 극성이 증가될수록, 상기 흑연나노플레이트 내에 제공되는 결함의 양이 증가되는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, according to the polarity of the polymer, including adjusting the amount of defects provided in the graphite nanoplate, as the polarity of the polymer increases, the amount of defects provided in the graphite nanoplate increases It can include.
일 실시 예에 따르면, 상기 고분자는, 폴리실라잔(polysilazane)이고, 상기 복합 코팅액의 용매는, 비극성 용매인 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the polymer is polysilazane, and the solvent of the composite coating solution may include a non-polar solvent.
일 실시 예에 따르면, 상기 고분자는, 폴리실록산(polysiloxane)이고, 상기 복합 코팅액의 용매는, 극성 용매인 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the polymer is polysiloxane, and the solvent of the composite coating solution may include a polar solvent.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속염은, 아자이드염, 탄산염, 질산염, 황산염, 또는 인산염 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the metal salt may include at least one of azide salt, carbonate, nitrate, sulfate, or phosphate.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은, 복합 코팅액을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present application provides a composite coating solution.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합 코팅액은, 흑연나노플레이트, 및 고분자를 포함하되, 상기 흑연나노플레이트 및 상기 고분자의 총합 100 중량부에 대하여, 상기 흑연나노플레이트는, 10중량부 이상 50중량부 이하이고, 상기 고분자는, 50중량부 이상 90중량부 이하인 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the composite coating solution includes a graphite nanoplate and a polymer, and with respect to 100 parts by weight of the total of the graphite nanoplate and the polymer, the graphite nanoplate is 10 parts by weight or more and 50 parts by weight or less , And the polymer may include 50 parts by weight or more and 90 parts by weight or less.
일 실시 예에 따르면, 상기 고분자는, 유기 고분자 또는 무기 고분자 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the polymer may include either an organic polymer or an inorganic polymer.
일 실시 예에 따르면, 상기 유기 고분자는, 에폭시계 고분자, 셀룰로오스계 고분자, 비닐계 고분자, 아크릴계 고분자, 불소계 고분자, 아미드계 고분자, 이미드계 고분자, 또는 아세테이트계 고분자 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the organic polymer may include at least one of an epoxy polymer, a cellulose polymer, a vinyl polymer, an acrylic polymer, a fluorine polymer, an amide polymer, an imide polymer, or an acetate polymer. .
일 실시 예에 따르면, 상기 무기 고분자는, 폴리실록산, 폴리실라잔 또는 폴리실리케이트 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the inorganic polymer may include at least one of polysiloxane, polysilazane, or polysilicate.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은, 복합 코팅액을 이용한 코팅 방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present application provides a coating method using a composite coating solution.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합 코팅액을 이용한 코팅 방법은, 상기 복합 코팅액의 상기 고분자가 폴리실라잔인 경우, 금속 기판 상에 상기 복합 코팅액을 스프레이 코팅법 또는 스핀 코팅법 중에서 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, in the coating method using the composite coating solution, when the polymer of the composite coating solution is polysilazane, the composite coating solution is coated on a metal substrate by either a spray coating method or a spin coating method. It may include.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합 코팅액을 이용한 코팅 방법은, 상기 복합 코팅액의 상기 고분자가 폴리실록산인 경우, 금속 기판 상에 상기 복합 코팅액을 바 코팅법 또는 닥터 블레이드 코팅법 중에서 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the coating method using the composite coating solution, when the polymer of the composite coating solution is polysiloxane, coats the composite coating solution on a metal substrate by either a bar coating method or a doctor blade coating method It may include.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합 코팅액을 이용한 코팅 방법으로 제조된 예비 코팅층을 핫프레스하여 코팅층을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 예비 코팅층 내에 상기 흑연나노플레이트의 양이 증가할수록, 공정 압력을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step of preparing a coating layer by hot pressing the pre-coating layer prepared by the coating method using the composite coating solution, the amount of the graphite nanoplate in the pre-coating layer increases, reducing the process pressure It may include.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은, 금속 기판 구조체를 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present application provides a metal substrate structure.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판 구조체는, 금속 기판, 및 상기 금속 기판 상에 배치되고, 흑연나노플레이트, 및 실리콘 산화물 포함하는 코팅층을 포함하되, 상기 코팅층은, IR 분석법에서 실리콘-탄소 결합을 포함하지 않고, 상기 금속 기판보다 내산화성 및 내부석성이 높은 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the metal substrate structure, a metal substrate, and disposed on the metal substrate, comprises a graphite nanoplate, and a coating layer comprising silicon oxide, the coating layer, the silicon-carbon bond in the IR analysis method It does not include, it may include a higher oxidation resistance and stone resistance than the metal substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판 구조체는, 상기 코팅층의 상기 실리콘 산화물의 양이 증가할수록, 내부식성이 증가되는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the metal substrate structure may include that as the amount of the silicon oxide in the coating layer increases, corrosion resistance increases.
본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법은, 금속염을 포함하는 베이스 용액을 준비하는 단계, 상기 베이스 용액에 흑연을 제공하여, 상기 금속염의 음이온을 상기 흑연의 층간에 삽입하여, 흑연 층간 화합물을 제조하는 단계, 상기 흑연 층간 화합물을 열처리하여 팽창 흑연을 형성하는 단계, 상기 팽창 흑연을 분산시켜, 흑연나노플레이트를 제조하는 단계, 및 상기 흑연나노플레이트, 및 고분자를 혼합하여, 복합 코팅액을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.Method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention, preparing a base solution containing a metal salt, providing graphite to the base solution, inserting anions of the metal salt into the interlayer of the graphite, graphite interlayer compound The step of preparing, forming the expanded graphite by heat-treating the graphite interlayer compound, dispersing the expanded graphite, preparing a graphite nanoplate, and mixing the graphite nanoplate and the polymer to prepare a composite coating solution It may include the steps.
상기 흑연 층간 화합물을 열처리하는 단계에서, 상기 흑연의 층간에 삽입된 상기 음이온이 열분해될 수 있다. 이에 따라, 가스가 형성될 수 있고, 상기 가스의 팽창력에 의해 상기 팽창 흑연이 생성될 수 있다. 이 때, 가스의 팽창력을 직접적으로 받아, 탄소-탄소 결합이 끊어지며 결함을 갖는 상기 팽창 흑연이 제조될 수 있다. 따라서, 삽입된 상기 음이온이 많을수록, 상기 팽창 흑연 내에 상기 결함이 증가될 수 있다. 특히, 상기 음이온이 산소를 포함하는 경우, 산화성의 상기 가스가 형성될 수 있고, 이에 따라, 상기 팽창 흑연에 산소계 관능기가 형성될 수 있다. 또한, 상기 열처리하는 단계의 공정 시간 및 공정 온도가 증가될수록, 상기 결함이 증가될 수 있다. 즉, 상술된 바에 따라, 상기 팽창 흑연 내에 상기 결함의 양이 조절될 수 있다.In the step of heat-treating the graphite interlayer compound, the anion inserted between the graphite interlayers may be thermally decomposed. Accordingly, a gas may be formed, and the expanded graphite may be generated by the expanding force of the gas. At this time, the expansion force of the gas is directly received, the carbon-carbon bond is broken, and the expanded graphite having defects can be produced. Therefore, the more the anions inserted, the more defects can be increased in the expanded graphite. In particular, when the anion contains oxygen, the oxidizing gas may be formed, and accordingly, an oxygen-based functional group may be formed on the expanded graphite. In addition, as the process time and process temperature of the heat treatment step increase, the defects may increase. That is, according to the above, the amount of the defect in the expanded graphite can be adjusted.
상기 복합 코팅액을 제조하는 단계는 상기 흑연나노플레이트와 상기 고분자의 총합 100중량부 대비, 상기 흑연나노플레이트를 10 내지 50중량부, 및 상기 고분자를 나머지 중량부로 혼합하는 단계를 포함할 수 있고, 이에 따라, 상기 흑연나노플레이트와 상기 고분자가 응집없이 균일하게 분산되고, 금속 기판과의 접착력이 향상된 복합 코팅액이 제조될 수 있다.The step of preparing the composite coating solution may include mixing the graphite nanoplate with 10 to 50 parts by weight, and the polymer with the remaining parts by weight, compared to 100 parts by weight of the total of the graphite nanoplate and the polymer. Accordingly, a composite coating solution in which the graphite nanoplate and the polymer are uniformly dispersed without aggregation, and the adhesion between the metal substrate and the metal is improved may be prepared.
상술된 바에 따라 제조된 상기 복합 코팅액은 상기 금속 기판 상에 코팅된 후, 경화되어, 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 복합 코팅액은 실리콘계 무기 고분자를 포함할 수 있고, 이에 따라 제조된 상기 코팅층은 상기 흑연나노플레이트, 및 상기 실리콘계 무기 고분자가 경화되어 제조된 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.The composite coating solution prepared according to the above may be coated on the metal substrate and then cured to form a coating layer. The composite coating solution may include a silicon-based inorganic polymer, and the coating layer prepared accordingly may include the graphite nanoplate and silicon oxide prepared by curing the silicon-based inorganic polymer.
상기 실리콘 산화물은 내부식성 및 내산화성을 나타낼 수 있고, 상기 흑연나노플레이트는 전기전도성을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 코팅층이 형성된 상기 금속 기판은 내부식성 및 내산화성이 향상될 수 있고, 또한, 전기전도성을 가져, 상기 금속의 전기 전도 특성이 요구되는 산업 분야에서 용이하게 사용될 수 있다.The silicon oxide may exhibit corrosion resistance and oxidation resistance, and the graphite nanoplate may exhibit electrical conductivity. Accordingly, the metal substrate on which the coating layer is formed can be improved in corrosion resistance and oxidation resistance, and also has electrical conductivity, so that it can be easily used in an industrial field where electrical conductivity of the metal is required.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 to 4 are views for explaining a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 to 6 are views for explaining a method of manufacturing a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법 중에서 흑연 층간 화합물, 및 팽창 흑연의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.7 to 10 are views showing a scanning electron microscope (SEM) image of a graphite interlayer compound and expanded graphite in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법 중에서 흑연나노플레이트의 원자간력현미경(AFM) 이미지, 입자 크기의 분포, 및 입자 두께의 분포를 나타내는 도면이다.11 to 12 are views showing an atomic force microscope (AFM) image, particle size distribution, and particle thickness distribution of a graphite nanoplate in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법 중에서 흑연나노플레이트의 투과전자현미경(TEM), 고해상도 투과전자현미경(HRTEM), 및 고속 푸리에 변환(FFT) 이미지를 나타내는 도면이다.13 is a view illustrating a transmission electron microscope (TEM), a high resolution transmission electron microscope (HRTEM), and a fast Fourier transform (FFT) image of a graphite nanoplate in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액에 빛을 조사하며 촬영한 이미지를 나타내는 도면이다.14 is a view showing an image photographed while irradiating light to a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 코팅층의 주사전자현미경(SEM)이미지를 나타내는 도면이다.15 is a view showing a scanning electron microscope (SEM) image of a coating layer of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 16 내지 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 코팅층의 적외선(IR)스펙트럼을 나타내는 도면이다.16 to 17 are views showing an infrared (IR) spectrum of a coating layer of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 18 내지 도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 열처리 전과 후의 저항을 나타내는 도면이다.18 to 19 are views showing resistance before and after heat treatment of the metal substrate structure according to the embodiment of the present invention.
도 20 내지 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 열처리 전과 후의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.20 to 21 are views showing a scanning electron microscope (SEM) image before and after heat treatment of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 열처리 전과 후의 X-선 회절 패턴(XRD)를 나타내는 도면이다.22 is a view showing an X-ray diffraction pattern (XRD) before and after heat treatment of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 23 내지 도 24는 본 발명의 비교 예 3 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 염수 처리 전과 후의 시료 이미지, 및 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.23 to 24 are diagrams showing sample images before and after brine treatment of a metal substrate structure according to Comparative Example 3 and Experimental Example 2-1 of the present invention, and scanning electron microscope (SEM) images.
도 25 내지 도 26은 본 발명의 비교 예 4 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 염수 처리 후의 시료 이미지, 및 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.25 to 26 are views showing a sample image and a scanning electron microscope (SEM) image after saline treatment of the metal substrate structure according to Comparative Example 4 and Experimental Example 2-1 of the present invention.
도 27 내지 도 28은 본 발명의 비교 예 4 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 황산 처리 후의 시료 이미지, 및 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.27 to 28 are views showing a sample image after sulfuric acid treatment and a scanning electron microscope (SEM) image of the metal substrate structure according to Comparative Example 4 and Experimental Example 2-1 of the present invention.
도 29 내지 도 30은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 분극 곡선 및 임피던스를 나타내는 도면이다.29 to 30 are diagrams showing a polarization curve and an impedance of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 31은 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 금속 기판 구조체의 흑연나노플레이트 질량비에 따른 전기 전도도 및 접착력테스트 결과를 나타내는 도면이다.31 is a view showing the electrical conductivity and adhesion test results according to the graphite nanoplate mass ratio of the metal substrate structure according to Experimental Example 2-2 of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete and that the spirit of the present invention is sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on another component, or a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, the thickness of the films and regions are exaggerated for effective description of the technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Further, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Therefore, what is referred to as the first component in one embodiment may be referred to as the second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' is used to mean including at least one of the components listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.In the specification, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise. Also, terms such as “include” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, elements or combinations thereof described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, or configurations. It should not be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 4 are views for explaining a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 금속염을 포함하는 베이스 용액이 준비될 수 있다(S110).Referring to Figure 1, a base solution containing a metal salt may be prepared (S110).
예를 들어, 상기 금속염은 아자이드염, 탄산염, 질산염, 황산염, 또는 인산염 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로 예를 들어, 상기 금속염은 아자이드화 나트륨(NaN2)일 수 있다. For example, the metal salt may include at least one of azide salt, carbonate, nitrate, sulfate, or phosphate, and specifically, the metal salt may be sodium azide (NaN 2 ).
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 베이스 용액에 흑연(100)을 제공하여, 상기 금속염의 음이온(210)을 상기 흑연(100)의 층간에 삽입하여, 흑연 층간 화합물(200)이 제조될 수 있다(S120).1 and 2, by providing graphite 100 in the base solution, the anion 210 of the metal salt is inserted between the layers of the graphite 100, the graphite interlayer compound 200 can be prepared Yes (S120).
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 용액 내에 상기 흑연(100)을 제공될 수 있다. 상기 흑연(100)이 제공된 상기 베이스 용액을 교반하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 금속염의 상기 음이온(210)이 상기 흑연(100)의 층간에 삽입된 상기 흑연 층간 화합물(200)이 제조될 수 있다.According to one embodiment, the graphite 100 may be provided in the base solution. The graphite interlayer compound 200 in which the anion 210 of the metal salt is inserted between the layers of the graphite 100 is prepared by stirring the base solution provided with the graphite 100, as shown in FIG. 2. Can be.
구체적으로 예를 들어, 상기 금속염이 상기 아자이드화 나트륨인 경우, 상기 아자이드화 나트륨 및 증류수를 혼합하여 상기 베이스 용액이 제조될 수 있다. 상기 베이스 용액 내에 상기 흑연(100)을 혼합한 후, 교반하여 상기 흑연(100)의 층간에 상기 아자이드화 나트륨의 아자이드 음이온(N3 -)가 삽입된 상기 흑연 층간 화합물(200)이 제조될 수 있다.Specifically, for example, when the metal salt is the sodium azide, the base solution may be prepared by mixing the sodium azide and distilled water. After mixing the graphite (100) in the base solution, stirred and layers the azide Chemistry azide anion of sodium (N 3 -) in the graphite 100 is the above-graphite intercalation compound (200) inserted into a prepared Can be.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 흑연 층간 화합물(200)을 열처리하여 팽창 흑연(300)이 형성될 수 있다(S130).1 to 3, expanded graphite 300 may be formed by heat-treating the graphite interlayer compound 200 (S130).
일 실시 예에 따르면, 상기 팽창 흑연(300)은 상기 흑연 층간 화합물(200) 내의 상기 음이온(210)을 열분해시켜 제조될 수 있다. 즉, 상기 흑연(100)의 층간에 제공된 상기 음이온(210)이 열분해되며, 가스가 형성될 수 있고, 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 흑연(100)의 층간 거리가 증가된 상기 팽창 흑연(300)이 제조될 수 있고, 상기 팽창 흑연(300)은 상기 음이온(210)의 열분해에 의한 잔여물 또는 불순물(310)을 층간에 포함할 수 있다.According to an embodiment, the expanded graphite 300 may be prepared by thermally decomposing the anion 210 in the graphite interlayer compound 200. That is, the anion 210 provided between the layers of the graphite 100 is thermally decomposed, and gas may be formed. Accordingly, as illustrated in FIG. 3, the interlayer distance of the graphite 100 is increased. The expanded graphite 300 may be manufactured, and the expanded graphite 300 may include residues or impurities 310 by thermal decomposition of the anion 210 between layers.
즉, 상술된 바에 따라 제조된 상기 팽창 흑연(300)은 상기 흑연 층간 화합물(200)보다 더 넓은 층간 거리를 가질 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 팽창 흑연(300)은 l2로 표기되는 층간 거리를 가질 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 흑연 층간 화합물(200)은 l1으로 표기되는 층간 거리를 갖는 경우, 상기 팽창 흑연(300)의 층간 거리(l2)는 상기 흑연 층간 화합물(200)의 층간 거리(l1)보다 더 큰 값을 가질 수 있다.That is, the expanded graphite 300 manufactured according to the above-described method may have a larger interlayer distance than the graphite interlayer compound 200. That is, as shown in FIG. 3, the expanded graphite 300 may have an interlayer distance indicated by l 2 , and as shown in FIG. 2, the graphite interlayer compound 200 is indicated by l 1 When having an interlayer distance, the interlayer distance l 2 of the expanded graphite 300 may have a larger value than the interlayer distance l 1 of the graphite interlayer compound 200.
일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 음이온(210)이 열분해되어 생성된 상기 가스는 급격하게 부피가 팽창될 수 있다. 이 때, 상기 흑연의 층간에서 상기 가스의 팽창력을 직접적으로 받는 경우, 탄소-탄소 결합이 끊어질 수 있고, 이에 따라, 공공 또는 결함이 제공된 상기 팽창 흑연(300)이 제조될 수 있다. According to an embodiment, as described above, the anion 210 is thermally decomposed and the gas generated may rapidly expand in volume. At this time, when the expansion force of the gas is directly applied between the layers of the graphite, the carbon-carbon bond may be broken, and accordingly, the expanded graphite 300 provided with voids or defects may be manufactured.
이 때, 상기 열처리 공정의 공정 온도 또는 공정 시간이 증가될수록, 상기 가스의 생성량이 증가되고, 이에 따라, 상기 팽창 흑연(300)에 제공되는 결함의 양이 증가될 수 있다.At this time, as the process temperature or process time of the heat treatment process increases, the amount of gas generated increases, and accordingly, the amount of defects provided to the expanded graphite 300 may increase.
다른 실시 예에 따르면, 상기 팽창 흑연(300)은 상기 열처리 공정 외에 산처리, 플라즈마 처리, 또는 마이크로웨이브 중에서 적어도 어느 하나의 방법에 의해 제조될 수 있다.According to another embodiment, the expanded graphite 300 may be manufactured by at least one method among acid treatment, plasma treatment, or microwave in addition to the heat treatment process.
구체적으로 예를 들어, 상기 팽창 흑연(300)이 상기 흑연 층간 화합물(200)의 플라즈마 처리에 의해 제조되는 경우, 상술된 바와 같이, 플라즈마 압력이 증가될수록, 상기 팽창 흑연(300)에 제공되는 결함의 양이 증가될 수 있다.Specifically, for example, when the expanded graphite 300 is manufactured by plasma treatment of the graphite interlayer compound 200, as described above, as the plasma pressure increases, defects provided to the expanded graphite 300 The amount of can be increased.
또한, 상기 금속염(200)의 종류, 및 상기 금속염(200)과 상기 흑연(100)의 혼합 비율에 따라서, 상기 팽창 흑연(300)에 제공되는 결함의 양이 제어될 수 있다. In addition, depending on the type of the metal salt 200 and the mixing ratio of the metal salt 200 and the graphite 100, the amount of defects provided to the expanded graphite 300 may be controlled.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속염과 상기 흑연의 혼합 비율은 동일하되, 서로 다른 금속염이 혼합될 수 있다. 이 경우, 상기 금속염의 음이온(210)의 산소 포함 유무에 따라, 상기 팽창 흑연(300)에 제공되는 결함의 양이 결정될 수 있다.According to an embodiment, the mixing ratio of the metal salt and the graphite is the same, but different metal salts may be mixed. In this case, depending on the presence or absence of oxygen in the anion 210 of the metal salt, the amount of defects provided to the expanded graphite 300 may be determined.
예를 들어, 상기 음이온(210)이 상기 산소를 포함하는 경우, 상기 음이온(210)의 열분해에 의해, 산화성 가스가 생성될 수 있다. 이에 따라, 상기 산화성 가스에 의해, 산화되어 결함의 양이 증가된 상기 팽창 흑연(300)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 금속염은 황산염, 질산염 또는 탄산염 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다.For example, when the anion 210 contains the oxygen, an oxidizing gas may be generated by thermal decomposition of the anion 210. Accordingly, the expanded graphite 300 in which the amount of defects is increased by oxidation is formed by the oxidizing gas. At this time, the metal salt may be at least one of sulfate, nitrate, or carbonate.
다른 예를 들어, 상기 음이온(210)이 상기 산소를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 음이온(210)이 산소를 포함하는 경우와 달리, 상기 가스는 팽창력만을 제공할 수 있다. 이에 따라, 음이온(210)이 산소를 포함하는 경우에 비하여, 상기 팽창 흑연(300) 내에 제공되는 결함의 양이 비교적으로 적을 수 있다. 이 때, 상기 금속염은 아자이드염일 수 있다.For another example, the anion 210 may not include the oxygen. In this case, unlike the case where the anion 210 contains oxygen, the gas may provide only an expansion force. Accordingly, the amount of defects provided in the expanded graphite 300 may be relatively small compared to the case where the anion 210 contains oxygen. In this case, the metal salt may be an azide salt.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속염의 종류는 동일하되, 상기 금속염과 상기 흑연(100)의 혼합 비율이 변화될 수 있다. 이 경우, 상기 흑연(100) 대비 상기 금속염의 혼합 비율이 증가할수록, 상기 가스의 생성량이 증가될 수 있고, 이에 따라, 상기 팽창 흑연(300)에 제공되는 결함의 양이 증가될 수 있다.According to one embodiment, the type of the metal salt is the same, but the mixing ratio of the metal salt and the graphite 100 may be changed. In this case, as the mixing ratio of the metal salt to the graphite 100 increases, the amount of gas generated may increase, and accordingly, the amount of defects provided to the expanded graphite 300 may increase.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 팽창 흑연(300)을 분산시켜, 흑연나노플레이트(400)가 제조될 수 있다(S140).1 and 4, the expanded graphite 300 is dispersed to prepare a graphite nanoplate 400 (S140).
일 실시 예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 팽창 흑연(300)을 용매에 제공하고, 분산시켜 상기 흑연나노플레이트(400)가 제조될 수 있다.According to an embodiment, as shown in FIG. 4, the graphite nanoplate 400 may be manufactured by providing and expanding the expanded graphite 300 in a solvent.
예를 들어, 상기 용매는 지방성 용매(aliphatic solvent), 방향족 용매(aromatic solvent), 극성 용매, 또는 비극성 용매 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 팽창 흑연(300)은 교반기, 초음파 분산기, 진동 믹서, 셰어 믹서, 볼밀링, 어트렉션 밀, 또는 유성밀 중에서 적어도 어느 하나의 방법에 의해 분산될 수 있다.For example, the solvent may be at least one of a fatty solvent, an aromatic solvent, a polar solvent, or a non-polar solvent. In addition, for example, the expanded graphite 300 may be dispersed by at least one of a stirrer, an ultrasonic disperser, a vibration mixer, a share mixer, a ball mill, an attraction mill, or a planetary mill.
구체적으로 예를 들어, 상기 팽창 흑연(300)을 비극성 용매인 자일렌에 제공한 후, 초음파 분산기를 이용하여 분산시켜, 상기 흑연나노플레이트(400)가 제조될 수 있다.Specifically, for example, after providing the expanded graphite 300 to xylene, which is a non-polar solvent, the graphite nanoplate 400 may be manufactured by dispersing it using an ultrasonic disperser.
도 1을 참조하면, 상기 흑연나노플레이트(400), 및 고분자를 혼합하여, 복합 코팅액이 제조될 수 있다(S150).Referring to FIG. 1, a composite coating solution may be prepared by mixing the graphite nanoplate 400 and a polymer (S150).
일 실시 예에 따르면, 상기 고분자는 유기 고분자 또는 무기 고분자일 수 있다.According to one embodiment, the polymer may be an organic polymer or an inorganic polymer.
예를 들어, 상기 유기 고분자는 에폭시계 고분자, 셀룰로오스계 고분자, 비닐계 고분자, 아크릴계 고분자, 불소계 고분자, 아미드계 고분자, 이미드계 고분자, 또는 아세테이트계 고분자 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다.For example, the organic polymer may be at least one of an epoxy polymer, a cellulose polymer, a vinyl polymer, an acrylic polymer, a fluorine polymer, an amide polymer, an imide polymer, or an acetate polymer.
다른 예를 들어, 상기 무기 고분자는 폴리실록산, 폴리실라잔 또는 폴리실리케이트 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다.For another example, the inorganic polymer may be at least one of polysiloxane, polysilazane, or polysilicate.
일 실시 예에 따르면, 상기 흑연나노플레이트(400)는 결함을 포함할 수 있고, 이 때, 상기 흑연나노플레이트(400)의 결함의 양에 따라 상기 고분자가 선택될 수 있다. According to an embodiment, the graphite nanoplate 400 may include defects, and the polymer may be selected according to the amount of defects in the graphite nanoplate 400.
상술된 바와 같이, 상기 팽창 흑연(300)은 상기 결함을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 팽창 흑연(300)을 분산시켜, 제조된 상기 흑연나노플레이트(400) 내에 결함이 분포될 수 있다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 산화성 가스에 의해, 상기 팽창 흑연(300)은 산화될 수 있고, 이에 따라, 상기 흑연나노플레이트는 산소계 관능기를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 산소계 관능기는 하이드록시기(hydroxyl) 또는 카르복시기(carboxyl) 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다.As described above, the expanded graphite 300 may include the defect. Accordingly, by dispersing the expanded graphite 300, defects may be distributed in the manufactured graphite nanoplate 400. For example, as described above, the expanded graphite 300 may be oxidized by the oxidizing gas, and accordingly, the graphite nanoplate may further include an oxygen-based functional group. Specifically, for example, the oxygen-based functional group may be at least one of a hydroxy group (hydroxyl) or a carboxyl group (carboxyl).
이에 따라, 상기 흑연나노플레이트(400)의 결함의 양이 증가할수록, 비교적으로 극성을 나타내는 상기 고분자(1120)와 혼합될 수 있다.Accordingly, as the amount of defects in the graphite nanoplate 400 increases, it may be mixed with the polymer 1120 that exhibits relatively polarity.
구체적으로 예를 들어, 상기 흑연나노플레이트(400) 내의 상기 결함이 비교적으로 적은 경우, 상기 고분자(1120)는 아래의 <화학식 1>로 표기되는 폴리실라잔(polysilazane)일 수 있고, 또한, 상기 복합 코팅액은 비극성 용매를 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 비극성 용매는 자일렌, 디부틸에테르 등에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.Specifically, for example, when the defects in the graphite nanoplate 400 are relatively small, the polymer 1120 may be polysilazane represented by <Formula 1> below, and also, the The composite coating solution can be prepared using a non-polar solvent. For example, the non-polar solvent may be at least one selected from xylene, dibutyl ether, and the like.
<화학식 1><Formula 1>
Figure PCTKR2019013425-appb-I000001
Figure PCTKR2019013425-appb-I000001
다른 예를 들어, 상기 흑연나노플레이트(400) 내의 상기 결함이 비교적으로 많은 경우, 상기 고분자(1120)는 아래의 <화학식 2>로 표기되는 폴리실록산(polysiloxane)일 수 있고, 또한, 상기 복합 코팅액은 극성 용매를 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 극성 용매는 이소프로필알코올 등에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.For another example, when the defects in the graphite nanoplate 400 are relatively large, the polymer 1120 may be polysiloxane represented by <Formula 2> below, and the composite coating solution may also be It can be prepared using a polar solvent. For example, the polar solvent may be at least one selected from isopropyl alcohol and the like.
<화학식 2><Formula 2>
Figure PCTKR2019013425-appb-I000002
Figure PCTKR2019013425-appb-I000002
일 실시 예에 따르면, 상기 복합 코팅액은 상기 흑연나노플레이트(400) 및 상기 고분자(1120)의 총합 100중량부 대비, 상기 흑연나노플레이트(400)를 10 내지 50중량부 포함할 수 있고, 상기 고분자(1120)를 나머지 중량부로 포함할 수 있다.According to one embodiment, the composite coating solution may include 10 to 50 parts by weight of the graphite nanoplate 400, compared to 100 parts by weight of the total of the graphite nanoplate 400 and the polymer 1120, and the polymer (1120) may be included as the remaining weight parts.
만약, 상술된 바와 달리, 상기 복합 코팅액이 상기 흑연나노플레이트(400)를 10중량부 미만을 포함하는 경우, 상기 복합 코팅액을 이용하여 제조된 코팅층의 전기 전도도가 감소될 수 있다. 또한, 상기 복합 코팅액이 상기 흑연나노플레이트(400)를 50중량부 초과로 포함하는 경우, 상기 복합 코팅액의 접착력이 감소될 수 있고, 이에 따라, 상기 복합 코팅액을 이용하여 상기 코팅층을 제조하는 것이 용이하지 않을 수 있다.If, unlike the above, the composite coating solution contains less than 10 parts by weight of the graphite nanoplate 400, the electrical conductivity of the coating layer manufactured using the composite coating solution may be reduced. In addition, when the composite coating solution contains more than 50 parts by weight of the graphite nanoplate 400, adhesive strength of the composite coating solution may be reduced, and accordingly, it is easy to manufacture the coating layer using the composite coating solution. You may not.
하지만, 일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 복합 코팅액은 상기 흑연나노플레이트(400)를 10 내지 50중량부 포함할 수 있고, 이에 따라, 상기 복합 코팅액을 이용하여 금속 기판 상에 상기 코팅층이 용이하게 제조될 수 있다.However, according to one embodiment, as described above, the composite coating solution may include 10 to 50 parts by weight of the graphite nanoplate 400, and accordingly, the coating layer on the metal substrate using the composite coating solution This can be easily manufactured.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 to 6 are views for explaining a method of manufacturing a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 상기 코팅층(1200)은 상기 금속 기판(1000) 상에 복합 코팅액을 코팅하여 예비 코팅층(1100)을 제조하는 단계, 및 상기 예비 코팅층(1100)을 경화시키는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.5 to 6, the coating layer 1200 is a step of preparing a pre-coating layer 1100 by coating a composite coating solution on the metal substrate 1000, and curing the pre-coating layer 1100 Can be manufactured.
도 5를 참조하면, 상기 금속 기판(1000) 상에 복합 코팅액을 코팅하는 방법은 상기 복합 코팅액의 점도에 따라서 선택될 수 있다.Referring to FIG. 5, a method of coating the composite coating solution on the metal substrate 1000 may be selected according to the viscosity of the composite coating solution.
구체적으로 예를 들어, 상기 복합 코팅액이 폴리실라잔을 포함하는 경우, 상기 복합 코팅액의 점도는 비교적으로 낮을 수 있다. 이 경우, 상기 복합 코팅액은 상기 금속 기판(1000) 상에서 액적의 형태를 유지하지 못하고, 퍼짐 현상이 발생할 수 있고, 이에 따라, 상기 복합 코팅액은 스프레이 코팅법, 스핀 코팅법 등에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 코팅될 수 있다.Specifically, for example, when the composite coating solution includes polysilazane, the viscosity of the composite coating solution may be relatively low. In this case, the composite coating solution does not maintain the shape of droplets on the metal substrate 1000, and spreading may occur. Accordingly, the composite coating solution is any one selected from spray coating, spin coating, etc. It can be coated with.
다른 예를 들어, 상기 복합 코팅액이 폴리실록산을 포함하는 경우, 상기 복합 코팅액의 점도는 비교적으로 높은 수 있다 .이 경우, 상기 복합 코팅액은 상기 금속 기판(1000) 상에 분사되는 과정에서 분사 노즐이 막히거나, 상기 금속 기판(1000) 상에서 응집될 수 있다. 이에 따라, 상기 복합 코팅액은 바 코팅법, 닥터 블레이드 코팅법 등에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 코팅될 수 있다.For another example, when the composite coating solution includes polysiloxane, the viscosity of the composite coating solution may be relatively high. In this case, the spray nozzle is clogged in the process of spraying the composite coating solution on the metal substrate 1000. Or, it may be aggregated on the metal substrate 1000. Accordingly, the composite coating solution may be coated by any one method selected from a bar coating method, a doctor blade coating method, and the like.
도 6을 참조하면, 상기 예비 코팅층(1100)을 경화시키는 방법은 상술된 바와 같이, 상기 복합 코팅액의 점도에 따라서 선택될 수 있다.Referring to FIG. 6, a method of curing the pre-coating layer 1100 may be selected according to the viscosity of the composite coating solution, as described above.
예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 복합 코팅액이 상기 폴리실라잔을 포함하는 경우, 액적의 퍼짐 현상이 발생할 수 있고, 이에 따라, 상기 예비 코팅층(1100)에 직접적으로 압력이 인가되지 않는 광경화 또는 열처리 중에서 어느 하나의 공정에 의해 상기 코팅층(1200)이 제조될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 코팅층(1200)은 상기 예비 코팅층(1100)을 광경화시켜 제조될 수 있다. 또는, 예를 들어, 상기 코팅층(1200)은 상기 예비 코팅층(1100)을 수증기 또는 암모니아 가스 분위기에서 열처리하여 제조될 수 있다. For example, as described above, when the composite coating solution includes the polysilazane, a spreading phenomenon of droplets may occur, and accordingly, photocuring in which pressure is not directly applied to the pre-coating layer 1100. Alternatively, the coating layer 1200 may be manufactured by any one process among heat treatments. Specifically, for example, the coating layer 1200 may be manufactured by photocuring the preliminary coating layer 1100. Alternatively, for example, the coating layer 1200 may be manufactured by heat-treating the pre-coating layer 1100 in a water vapor or ammonia gas atmosphere.
다른 예를 들어, 상기 예비 코팅층(1100)이 폴리실록산을 포함하는 경우, 상기 폴리실록산을 포함하는 경우와 달리, 액적의 형태가 유지될 수 있고, 이에 따라, 상기 코팅층(1200)은 상기 예비 코팅층(1100)을 핫프레스하여 제조될 수 있다. 따라서, 상기 광경화 방법보다 단 시간 내에 상기 코팅층(1200)이 형성될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 코팅층(1200)은 상기 예비 코팅층(1100)에 5ton의 압력을 가하며, 200℃의 온도에서 10분 동안 수행하여 제조될 수 있다.For another example, when the pre-coating layer 1100 includes polysiloxane, unlike the case where the polysiloxane is included, a droplet shape may be maintained, and accordingly, the coating layer 1200 may include the pre-coating layer 1100. ) Can be prepared by hot pressing. Therefore, the coating layer 1200 may be formed in a shorter time than the photocuring method. Specifically, for example, the coating layer 1200 may be manufactured by applying a pressure of 5 ton to the pre-coating layer 1100 and performing it at a temperature of 200 ° C. for 10 minutes.
이 때, 상술된 바와 같이, 상기 복합 코팅액 내의 상기 흑연나노플레이트(1110)의 양이 증가될수록, 상기 금속 기판(1000)과의 접착력이 감소될 수 있다. 이에 따라, 상기 예비 코팅층(1100) 내의 상기 흑연나노플레이트(1110)의 양이 증가될수록, 상기 핫프레스 공정의 공정 압력이 감소시켜, 상기 금속 기판(1000) 상의 상기 예비 코팅층(1100)의 손실을 방지할 수 있다.At this time, as described above, as the amount of the graphite nanoplate 1110 in the composite coating solution increases, adhesion to the metal substrate 1000 may decrease. Accordingly, as the amount of the graphite nanoplate 1110 in the pre-coating layer 1100 increases, the process pressure of the hot press process decreases, thereby reducing the loss of the pre-coating layer 1100 on the metal substrate 1000. Can be prevented.
일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이 제조된 상기 코팅층(1200)은 상기 예비 코팅층(1100) 내의 상기 고분자(1120)가 경화되어 형성된 무기물, 및 상기 흑연나노플레이트(1110)를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the coating layer 1200 manufactured as described above may include an inorganic material formed by curing the polymer 1120 in the pre-coating layer 1100, and the graphite nanoplate 1110.
구체적으로 예를 들어, 상기 예비 코팅층(1100)이 폴리실록산을 포함하는 경우, 상기 무기물(1220)은 실리콘 산화물일 수 있다. 또한, 상기 무기물(1220)은 상기의 <화학식 2>에 표기된 실리콘-탄소 결합을 포함하지 않을 수 있고, 이에 따라, 내열 특성이 향상된 상기 코팅층(1200)이 제조될 수 있다.Specifically, for example, when the pre-coating layer 1100 includes polysiloxane, the inorganic material 1220 may be silicon oxide. In addition, the inorganic material 1220 may not include the silicon-carbon bond indicated in <Formula 2>, and accordingly, the coating layer 1200 with improved heat resistance may be manufactured.
이 때, 상기 코팅층(1200)은 상기 실리콘 산화물의 양이 증가될수록, 내부식성이 향상될 수 있고, 상기 흑연나노플레이트(1110)의 양이 증가될수록, 전기전도도가 향상될 수 있다.In this case, as the amount of the silicon oxide is increased, the corrosion resistance may be improved, and as the amount of the graphite nanoplate 1110 is increased, the electrical conductivity of the coating layer 1200 may be improved.
따라서, 상기 금속 기판 구조체는 상기 금속 기판(1000)보다 내산화성 및 내부식성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 금속 기판 구조체는 전기전도성을 가질 수 있고, 이에 따라, 상기 금속 기판(1000)의 부식을 방지하고, 동시에, 상기 금속 기판(1000)의 전기 전도 특성을 유지시킬 수 있다. 이에 따라, 내산화성, 및 내부식성을 갖되, 상기 금속 기판(1000)의 전기 전도 특성이 요구되는 다양한 산업 분야에서 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액을 이용한 코팅 방법이 용이하게 사용될 수 있다.Therefore, the metal substrate structure may have improved oxidation resistance and corrosion resistance than the metal substrate 1000. In addition, the metal substrate structure may have electrical conductivity, and thus, corrosion of the metal substrate 1000 may be prevented, and at the same time, electrical conductivity characteristics of the metal substrate 1000 may be maintained. Accordingly, a coating method using a composite coating solution according to an embodiment of the present invention may be easily used in various industrial fields having oxidation resistance and corrosion resistance, but requiring electrical conductivity of the metal substrate 1000.
이하, 본 발명의 구체적인 실험 예에 따른 복합 코팅액, 및 이를 이용한 코팅층의 제조 방법 및 특성 평가 결과가 설명된다. Hereinafter, a method for manufacturing a composite coating solution according to a specific experimental example of the present invention, and a coating layer using the same, and a characteristic evaluation result are described.
실험 예 1-1에 따른 복합 코팅액의 제조Preparation of composite coating solution according to Experimental Example 1-1
황산염 200g을 증류수 1.5kg에 첨가한 후, 1시간동안 교반하여 베이스 용액을 제조하였다.200 g of sulfate was added to 1.5 kg of distilled water, followed by stirring for 1 hour to prepare a base solution.
상기 베이스 용액에 흑연 100g을 첨가한 후, 3시간 동안 교반한 후, 증류수 3kg을 이용해 잔여물을 세척하여 흑연 층간 화합물을 제조하였다.After adding 100 g of graphite to the base solution, after stirring for 3 hours, the residue was washed with 3 kg of distilled water to prepare a graphite interlayer compound.
상기 흑연 층간 화합물을 여과한 후, 60℃의 온도에서 24시간동안 건조하여 흑연 층간 화합물 파우더를 수득하였다.After filtering the graphite interlayer compound, it was dried at a temperature of 60 ° C. for 24 hours to obtain a graphite interlayer compound powder.
상기 흑연 층간 화합물 파우더 2.5g을 알루미나 용기에 제공한 후, 상기 알루미나 용기를 열처리 장비에 장입하였다.After providing 2.5 g of the graphite interlayer compound powder to an alumina container, the alumina container was charged to a heat treatment equipment.
상기 열처리 장비를 500℃의 온도로 20분 간 유지시켜, 상기 흑연 층간 화합물 파우더로부터 팽창 흑연을 제조하였다.The heat treatment equipment was maintained at a temperature of 500 ° C. for 20 minutes to prepare expanded graphite from the graphite interlayer compound powder.
자일렌에 상기 팽창 흑연을 제공하여 분산 용액을 제조하였다.A dispersion solution was prepared by providing the expanded graphite to xylene.
상기 분산 용액을 초음파 분산기로1시간 동안 분산시켜, 흑연나노플레이트를 제조하였다.The dispersion solution was dispersed with an ultrasonic disperser for 1 hour to prepare a graphite nanoplate.
상기 흑연나노플레이트를 포함하는 분산 용액에 폴리실라잔 또는 폴리실록산 용액을 첨가한 후, 초음파 분산기를 이용하여 1시간 동안 분산시켜, 실험 예 1-1에 따른 복합 코팅액을 제조하였다.After adding a polysilazane or polysiloxane solution to the dispersion solution containing the graphite nanoplate, and dispersing for 1 hour using an ultrasonic disperser, a composite coating solution according to Experimental Example 1-1 was prepared.
실험 예 1-2에 따른 복합 코팅액의 제조Preparation of composite coating solution according to Experimental Example 1-2
상술된 실험 예 1-1에 따른 복합 코 팅액의 제조 방법과 동일한 방법으로 제조하되, 상기 황산염 200g 대신 아자이드염200g을 첨가하여, 실험 예 1-2에 따른 복합 코팅액을 제조하였다.Prepared in the same manner as the method for preparing the composite coating solution according to Experimental Example 1-1 described above, 200 g of azide salt was added instead of 200 g of the sulfate to prepare a composite coating solution according to Experimental Example 1-2.
실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액의 제조Preparation of composite coating solution according to Experimental Example 1-3
상술된 실험 예 1-1에 따른 복합 코팅액의 제조 방법과 동일한 방법으로 제조하되,상기 황산염 200g 대신 아자이드염 500g을 첨가하여, 실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액을 제조하였다.Prepared in the same manner as the method for preparing the composite coating solution according to Experimental Example 1-1 described above, 500 g of azide salt was added instead of 200 g of the sulfate to prepare a composite coating solution according to Experimental Example 1-3.
상술된 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액의 상기 흑연 대비 상기 금속염의 혼합 비율을 아래의 <표 1>에 작성하였다.The mixing ratio of the metal salt to the graphite of the composite coating solution according to Experimental Examples 1-1 to 1-3 was prepared in Table 1 below.
금속염의 종류Type of metal salt 금속염 : 흑연 (w/w)Metal salt: graphite (w / w)
실험 예 1-1Experimental Example 1-1 황산염sulfate 2 : 12: 1
실험 예 1-2Experimental Example 1-2 아자이드염Azide salt 2 : 12: 1
실험 예 1-3Experimental Example 1-3 아자이드염Azide salt 5 :15: 1
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법 중에서 흑연 층간 화합물, 및 팽창 흑연의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.7 to 10 are views showing a scanning electron microscope (SEM) image of a graphite interlayer compound and expanded graphite in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액의 제조 방법 중에서 제조된 흑연 층간 화합물의 표면 이미지가 촬영되었다.Referring to FIG. 7, a surface image of a graphite interlayer compound prepared in a method of preparing a composite coating solution according to Experimental Examples 1-1 to 1-3 of the present invention was photographed.
또한, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따른 코팅액의 제조 방법 중에서 제조된 팽창 흑연의 표면 이미지가 촬영되었다.In addition, referring to FIGS. 8 to 10, surface images of the expanded graphite produced in the method of preparing the coating solution according to Experimental Examples 1-1 to Experimental Example 1-3 of the present invention were photographed.
이에 따라, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술된 바와 같이, 상기 흑연 층간 화합물에 비하여, 상기 팽창 흑연은 층간 간격이 더 증가되는 것을 알 수 있다.Accordingly, as described above with reference to FIGS. 1 to 3, it can be seen that, compared to the graphite interlayer compound, the interlayer spacing of the expanded graphite is further increased.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 팽창 흑연은 상기 흑연의 층간에 삽입되는 상기 금속염의 종류에 따라서, 구조가 변화되는 것을 알 수 있다.8 to 10, it can be seen that the expanded graphite has a structure that changes depending on the type of the metal salt inserted between the layers of the graphite.
<표 1>을 참조하면, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술된 바와 같이, 도 9에 도시된 실험 예 1-2에 따른 복합 코팅액 중에서 제조된 상기 팽창 흑연에 비하여, 도 10에 도시된 실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액 중에서 제조된 상기 팽창 흑연이 더 넓은 층간 간격을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to <Table 1>, as shown above with reference to Figures 1 to 3, compared to the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to Experimental Example 1-2 shown in Figure 9, the experiment shown in Figure 10 It can be seen that the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to Examples 1-3 has a wider interlayer spacing.
또한, 도 8에 도시된 실험 예 1-1에 따른 복합 코팅액 중에서 제조된 상기 팽창 흑연과 도 1-2에 따른 복합 코팅액 중에서 제조된 상기 팽창 흑연은 서로 다른 금속염으로 제조되고, 이에 따라, 서로 다른 구조를 갖는 것을 확인하였다. In addition, the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to Experimental Example 1-1 shown in FIG. 8 and the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to FIGS. 1-2 are made of different metal salts, and accordingly, different It was confirmed to have a structure.
상술된 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액의 제조 방법 중에서 제조된 상기 팽창 흑연의 산화도 및 입자 두께를 확인하기 위하여, 라만분광법을 이용하여 G피크, D피크, 및 2D 피크의 값을 측정하였다. 여기서, 상기 G피크는 흑연계 물질에서 관찰되는 피크이고, 상기 D피크는 구조의 결함을 나타내는 피크이고, 상기 2D 피크는 두께에 관련된 피크이다. 이에 따라, 측정된 상기 G피크, D피크, 및 2D피크에 대하여, G피크 대비 D피크, 및 G피크 대비 2D피크의 값을 아래의 <표 2>에 작성하였다.G peak, D peak, and 2D using Raman spectroscopy to confirm the oxidation degree and particle thickness of the expanded graphite prepared in the above-described Experimental Example 1-1 to the manufacturing method of the composite coating solution according to Experimental Example 1-3 The value of the peak was measured. Here, the G peak is a peak observed in the graphite-based material, the D peak is a peak indicating a defect in the structure, and the 2D peak is a peak related to thickness. Accordingly, for the measured G peak, D peak, and 2D peak, the values of the D peak compared to the G peak and the 2D peak compared to the G peak were prepared in <Table 2> below.
D피크/G피크D peak / G peak 2D피크/G피크2D peak / G peak
실험 예 1-1Experimental Example 1-1 0.0330.033 0.350.35
실험 예 1-2Experimental Example 1-2 0.0810.081 0.370.37
실험 예 1-3Experimental Example 1-3 0.1810.181 0.380.38
<표 2>를 참조하면, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술된 바와 같이, 상기 흑연 대비 상기 금속염의 혼합 비율이 높을수록, 제조된 상기 팽창 흑연의 결함이 증가될 수 있고, 이에 따라, 실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액 중에서 제조된 상기 팽창 흑연이 가장 큰 D피크/G피크의 값을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to <Table 2>, as described above with reference to FIGS. 1 to 3, the higher the mixing ratio of the metal salt to the graphite, the greater the defects of the expanded graphite prepared, and accordingly, the experiment It can be seen that the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to Examples 1-3 has the largest D peak / G peak value.
또한, 도 8 내지 도 10을 참조하여 상술된 바와 같이, 실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액 중에서 제조된 상기 팽창 흑연이 가장 넓은 층간 간격을 갖는 것을 알 수 있다. 하지만, 상술된 바에 따라 제조된 상기 팽창 흑연의 두께가 얇을 수 있고, 에에 따라, 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액 중에서 제조된 상기 팽창 흑연의 2D피크/G피크의 값이 실질적으로 서로 유사한 것을 알 수 있다.In addition, as described above with reference to FIGS. 8 to 10, it can be seen that the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to Experimental Examples 1-3 has the largest interlayer spacing. However, the thickness of the expanded graphite prepared as described above may be thin, and accordingly, the value of the 2D peak / G peak of the expanded graphite prepared in the composite coating solution according to Experimental Examples 1-1 to Experimental Examples 1-3. It can be seen that these are substantially similar to each other.
도 11내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법 중에서 흑연나노플레이트의 원자간력현미경(AFM) 이미지, 입자 크기의 분포, 및 입자 두께의 분포를 나타내는 도면이다.11 to 12 are views showing an atomic force microscope (AFM) image, particle size distribution, and particle thickness distribution of a graphite nanoplate in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따라 제조된 상기 흑연나노플레이트의 크기 및 두께가 확인되었다.Referring to FIG. 11, the size and thickness of the graphite nanoplates prepared according to Experimental Examples 1-1 to 1-3 of the present invention were confirmed.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 흑연나노플레이트는 2um x 2um의 크기를 갖고, 6nm의 두께를 갖는 것이 확인되었다.As shown in Figure 11, it was confirmed that the graphite nanoplate has a size of 2um x 2um and a thickness of 6nm.
도 12를 참조하면, 도 1 내지 도 4를 참조하여 제조된 약 100개의 상기 흑연나노플레이트를 도 11에 도시된 바와 같이, 원자간력현미경 이미지를 측정하여, 100개의 상기 흑연나노플레이트의 입자 크기의 분포, 및 입자 두께의 분포를 정리하여 도시하였다.Referring to FIG. 12, as shown in FIG. 11, about 100 of the graphite nanoplates prepared with reference to FIGS. 1 to 4, an atomic force microscope image was measured, and the particle size of the 100 graphite nanoplates was measured. The distribution of and the distribution of particle thickness are summarized and shown.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 흑연나노플레이트는 평균적으로 2 내지 3um의 크기를 갖고, 10 내지 20nm의 두께를 갖는 것을 확인하였다.12, it was confirmed that the graphite nanoplate has an average size of 2 to 3 um and a thickness of 10 to 20 nm.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액의 제조 방법 중에서 흑연나노플레이트의 투과전자현미경(TEM), 고해상도 투과전자현미경(HRTEM), 및 고속 푸리에 변환(FFT)이미지를 나타내는 도면이다.13 is a view showing a transmission electron microscope (TEM), a high resolution transmission electron microscope (HRTEM), and a fast Fourier transform (FFT) image of a graphite nanoplate in a method of manufacturing a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 13를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따라 제조된 상기 흑연나노플레이트의 두께 및 구조가 확인되었다.13, the thickness and structure of the graphite nanoplates prepared according to Experimental Examples 1-1 to 1-3 of the present invention were confirmed.
도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 흑연나노플레이트는 약 0.34nm의 흑연 단층이 약 15개 적층된 구조인 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 13B, it can be seen that the graphite nanoplate has a stacked structure of about 15 graphite monolayers of about 0.34 nm.
또한, 도 13의 (c)를 참조하면, 상기 흑연나노플레이트는 (100)면, 및 (006)면을 갖는 것을 알 수 있다.In addition, referring to (c) of FIG. 13, it can be seen that the graphite nanoplate has a (100) plane and a (006) plane.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 코팅액에 빛을 조사하며 촬영한 이미지를 나타내는 도면이다.14 is a view showing an image photographed while irradiating light to a composite coating solution according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액, 및 상기 복합 코팅액의 비교 예로 상기 흑연나노플레이트를 단독으로 포함하는 분산액이 촬영되었다.14, a composite coating solution according to Experimental Examples 1-1 to Experimental Example 1-3 of the present invention, and a comparative example of the composite coating solution were taken as a dispersion containing the graphite nanoplate alone.
도 14의 (a), 및 (c)를 참조하면, 상기 복합 코팅액은 상기 흑연나노플레이트 및 상기 고분자가 비교적으로 균일하게 분산되어 있고, 이에 따라, 상기 복합 코팅액에 빛을 조사하는 경우, 빛의 진로가 보이지 않는 것을 확인하였다.14 (a) and (c), the composite coating solution is the graphite nanoplate and the polymer are relatively uniformly dispersed, and accordingly, when irradiating light to the composite coating solution, the light It was confirmed that the course was not visible.
도 14의 (b), 및 (d)를 참조하면, 도 14의 (a), 및 (c)를 참조하여 상술된 바와 달리, 상기 고분자없이 상기 흑연나노플레이트를 단독으로 포함하는 상기 분산액은 비교적으로 분산성이 떨어질 수 있고, 이에 따라, 상기 분산액에 조사된 빛의 진로가 확인되는 틴들 현상이 관찰되었다.14 (b), and (d), unlike the above-mentioned with reference to FIGS. 14 (a) and 14 (c), the dispersion containing the graphite nanoplate alone without the polymer is relatively As a result, dispersibility may decrease, and accordingly, a tindle phenomenon in which the path of light irradiated to the dispersion is confirmed is observed.
실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 제조Preparation of metal substrate structure according to Experimental Example 2-1
실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액을 사용하되, 상기 복합 코팅액은 상기 폴리실라잔 또는 상기 폴리실록산 중에서 상기 폴리실라잔을 포함하도록 제조되었다.The composite coating solution according to Experimental Example 1-3 was used, but the composite coating solution was prepared to include the polysilazane in the polysilazane or the polysiloxane.
상기 복합 코팅액을 구리 기판 또는 알루미늄 기판 표면에 스프레이 코팅한 후, 수증기 또는 암모니아 가스 분위기에서 180℃의 온도로 24시간 동안 열처리하여, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체를 제조하였다.After spray coating the composite coating solution on the surface of a copper substrate or an aluminum substrate, heat treatment was performed for 24 hours at a temperature of 180 ° C. in a water vapor or ammonia gas atmosphere to prepare a metal substrate structure according to Experimental Example 2-1.
실험 예 2-2에 따른 금속 기판 구조체의 제조Preparation of metal substrate structure according to Experimental Example 2-2
실험 예 1-3에 따른 복합 코팅액을 사용하되, 상기 복합 코팅액은 상기 폴리실라잔 또는 상기 폴리실록산 중에서 상기 폴리실록산을 포함하도록 제조되었다.The composite coating solution according to Experimental Example 1-3 was used, but the composite coating solution was prepared to include the polysiloxane in the polysilazane or the polysiloxane.
상기 복합 코팅액을 구리 기판 또는 알루미늄 기판 표면에 1cm/s의 속도로 코팅한 후, 160℃의 온도에서 5분 동안 건조시켜, 예비 코팅층을 제조하였다.The composite coating solution was coated on the surface of a copper substrate or an aluminum substrate at a rate of 1 cm / s, and then dried at a temperature of 160 ° C. for 5 minutes to prepare a pre-coating layer.
상기 예비 코팅층을 5ton의 압력, 200℃의 온도로 10분 동안 핫프레스하여 실험 예 2-2에 따른 금속 기판 구조체를 제조하였다.A metal substrate structure according to Experimental Example 2-2 was prepared by hot pressing the pre-coated layer at a pressure of 5 tons and a temperature of 200 ° C. for 10 minutes.
상술된 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-2에 따른 금속 기판 구조체의 제조 공정을 아래의 <표 3>에 작성하였다.The manufacturing process of the metal substrate structure according to the above-described Experimental Examples 2-1 to 2-2 was prepared in <Table 3> below.
복합 코팅액 내의 고분자 종류Polymer type in the composite coating solution 경화 공정Curing process
실험 예 2-1Experimental Example 2-1 폴리실라잔Polysilazane 열처리또는 광경화Heat treatment or photocuring
실험 예 2-2Experimental Example 2-2 폴리실록산Polysiloxane 핫프레스또는 열처리Hot press or heat treatment
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 코팅층의 주사전자현미경(SEM)이미지를 나타내는 도면이다.15 is a view showing a scanning electron microscope (SEM) image of a coating layer of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실험 예 2-1 및 실험 예 2-2에 따라 제조된 상기 코팅층의 비교 예로 상기 코팅층의 제조 공정에서 사용된 상기 고분자와 동일한 고분자를 이용하여 비교 예 2-1 및 비교 예 2-2에 따라 금속 기판 구조체를 제조하였다. 이에 따라, 실험 예 2-1 및 실험 예 2-2에 따라 제조된 상기코팅층(도 15의 (b)) 및 비교 예 2-1 및 비교 예 2-2에 따라 제조된 상기코팅층(도 15의 (a))을 촬영하였다.15, a comparative example of the coating layer prepared according to Experimental Example 2-1 and Experimental Example 2-2 of the present invention, Comparative Example 2-1 using the same polymer as the polymer used in the manufacturing process of the coating layer And a metal substrate structure according to Comparative Example 2-2. Accordingly, the coating layer prepared according to Experimental Example 2-1 and Experimental Example 2-2 (FIG. 15 (b)) and the coating layer prepared according to Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2 (FIG. 15) (a)) was photographed.
즉, 도 15의 (a)를 참조하면, 폴리실라잔 또는 폴리실록산을 코팅한 후, 경화시켜 제조된, 즉, 본 발명의 비교 예 2-1 또는 2-2에 따라 제조된 상기코팅층의 표면이 확인되었다.That is, referring to (a) of Figure 15, after coating the polysilazane or polysiloxane, the surface of the coating layer prepared by curing, that is, prepared according to Comparative Example 2-1 or 2-2 of the present invention Was confirmed.
도 15의 (a)에 도시된 상기 고분자 코팅층은 도 15의 (b)에 도시된 상기 코팅층에 비하여 균열이 발생된 것을 확인하였다.It was confirmed that the polymer coating layer shown in FIG. 15 (a) had cracks compared to the coating layer shown in FIG. 15 (b).
도 16내지 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 코팅층의 적외선(IR)스펙트럼을 나타내는 도면이다.16 to 17 are views showing an infrared (IR) spectrum of a coating layer of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 도 15를 참조하여 상술된 바와 같이, 상기 폴리실라잔을 이용하여 제조된 비교 예 2-1에 따라 제조된 상기 코팅층은 실리콘-산소-실리콘 피크를 갖는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 16, as described above with reference to FIG. 15, it was confirmed that the coating layer prepared according to Comparative Example 2-1 prepared using the polysilazane had a silicon-oxygen-silicon peak.
반면, 상기 폴리실록산을 이용하여 제조된 비교 예 2-2에 따라 제조된 상기 코팅층은 상기 실리콘-산소-실리콘 피크, 및 실리콘-탄소 피크를 갖는 것을 확인하였다.On the other hand, it was confirmed that the coating layer prepared according to Comparative Example 2-2 prepared using the polysiloxane had the silicon-oxygen-silicon peak and the silicon-carbon peak.
즉, 비교 예 2-1 및 비교 예 2-2에 따라 제조된 상기 코팅층은 실리콘 산화물을 포함하는 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that the coating layer prepared according to Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2 contains silicon oxide.
또한, 비교 예 2-2에 따라 제조된 상기 코팅층은 비교 예 2-1에 따른 코팅층에 비하여, 실리콘-탄소 결합을 더 갖는 것을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the coating layer prepared according to Comparative Example 2-2 further had a silicon-carbon bond compared to the coating layer according to Comparative Example 2-1.
이에 따라, 비교 예 2-1에 따라 제조된 상기 코팅층이 비교 예 2-2에 따라 제조된 상기 코팅층보다 비교적으로 높은 내열 특성을 갖는 것을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the coating layer prepared according to Comparative Example 2-1 has a comparatively higher heat resistance than the coating layer prepared according to Comparative Example 2-2.
도 17을 참조하면, 비교 예 2-1에 따라 제조된 상기 코팅층에 비하여, 실험 예 2-1에 따라 제조된 상기 코팅층은 빛을 흡수하는 흑연 계통의 물질인 상기 흑연나노플레이트를 더 포함하고, 이에 따라, 상기 적외선 스펙트럼의 피크의 세기가 감소되는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 17, compared to the coating layer prepared according to Comparative Example 2-1, the coating layer prepared according to Experimental Example 2-1 further includes the graphite nanoplate, which is a graphite-based material that absorbs light, Accordingly, it was confirmed that the intensity of the peak of the infrared spectrum was reduced.
도 18 내지 도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 열처리 전과 후의 저항을 나타내는 도면이다.18 to 19 are views showing resistance before and after heat treatment of the metal substrate structure according to the embodiment of the present invention.
도 18 및 도 19을 참조하면, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체, 및 상기 금속 기판 구조체의 비교 예로 구리 기판(비교 예 3)을 준비한 후, 비교 예 3 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체를 400℃의 온도에서 3시간 열처리 전과 후의 표면 이미지 및 저항이 측정되었다.18 and 19, after preparing a metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 of the present invention and a comparative example of the metal substrate structure (Comparative Example 3), Comparative Example 3 and Experimental Example 2- The surface image and resistance of the metal substrate structure according to 1 were measured before and after heat treatment at a temperature of 400 ° C. for 3 hours.
도 18의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 비교 예 3에 따른 금속 기판 구조체인 상기 구리 기판은 열처리 전에 구리의 색을 띄며, 저항 값이 0.0Ω으로 측정된 것을 확인하였다. 반면, 도 19의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 구리 기판은 열처리 후에 표면이 산화되어 구리의 색을 잃고, 저항 값도 34.7kΩ으로 증가된 것을 확인하였다.As shown in Fig. 18 (a), it was confirmed that the copper substrate, which is a metal substrate structure according to Comparative Example 3 of the present invention, exhibits the color of copper before the heat treatment and the resistance value is measured to be 0.0 Ω. On the other hand, as shown in Fig. 19 (a), it was confirmed that the surface of the copper substrate was oxidized after heat treatment to lose the color of copper, and the resistance value was also increased to 34.7 kΩ.
하지만, 도 18의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 상기 구리 기판의 표면에 상기 실리콘 산화물 및 상기 흑연나노플레이트를 포함하는 상기 코팅층을 더 포함하도록 제조되었다. 이에 따라, 도 18의 (a)에 도시된 상기 구리 기판보다 전기 전도성이 감소하여, 저항 값이 92.8Ω으로 증가된 것을 확인하였다. 반면, 도 19의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 도 19의 (a)에 도시된 상기 구리 기판과 달리, 산화되지 않는 것을 확인하였고, 저항 값도 0.8Ω으로 비교적으로 낮은 값을 갖는 것을 확인하였다.However, as shown in Figure 18 (b), the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 of the present invention further comprises the coating layer comprising the silicon oxide and the graphite nanoplate on the surface of the copper substrate It was made to. Accordingly, it was confirmed that the electrical conductivity was reduced than the copper substrate shown in FIG. 18 (a), and the resistance value was increased to 92.8 Ω. On the other hand, as shown in Figure 19 (b), it was confirmed that the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 of the present invention, unlike the copper substrate shown in Figure 19 (a), does not oxidize, The resistance value was also confirmed to have a relatively low value of 0.8Ω.
도 20 내지 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 열처리 전과 후의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.20 to 21 are views showing a scanning electron microscope (SEM) image before and after heat treatment of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 20 내지 도 21을 참조하면, 도 18 내지 도 19를 참조하여 상술된 비교 예 3 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 표면 이미지가 촬영되었다.20 to 21, surface images of a metal substrate structure according to Comparative Example 3 and Experimental Example 2-1 described above with reference to FIGS. 18 to 19 were photographed.
도 20의 (a)에 도시된 바와 같이, 열처리 전의 상기 구리 금속은 매끈한 표면을 갖는 것을 알 수 있다. 반면, 도 21의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 구리 금속은 열처리 후에, 구형의 구리 산화물이 생성되는 것을 확인하였다.20 (a), it can be seen that the copper metal before heat treatment has a smooth surface. On the other hand, as shown in Fig. 21 (a), it was confirmed that after the heat treatment of the copper metal, spherical copper oxide was generated.
그러나, 도 20의 (b) 및 도 21(b)에 도시된 바와 같이, 상기 구리 기판 상에 상기 코팅층을 더 포함하는 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 열처리 전과 후에 관계없이, 실질적으로 동일한 표면을 갖는 것을 확인하였다.However, as shown in Figure 20 (b) and Figure 21 (b), the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 further comprising the coating layer on the copper substrate, regardless of before and after heat treatment, substantially It was confirmed to have the same surface.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 열처리 전과 후의 X-선 회절 패턴(XRD)를 나타내는 도면이다.22 is a view showing an X-ray diffraction pattern (XRD) before and after heat treatment of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 22를 참조하면, 도 20 내지 도 21을 참조하여 상술된 바와 같이, 비교 예 3에 따른 금속 기판 구조체는 열처리 후에 열처리 전과 달리, 구리 산화물 피크가 나타나는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 22, as described above with reference to FIGS. 20 to 21, the metal substrate structure according to Comparative Example 3 was confirmed to exhibit a copper oxide peak unlike heat treatment after heat treatment.
또한, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 열처리 후에, 상기 구리 산화물 피크가 나타나지 않는 것을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the copper oxide peak did not appear after the heat treatment of the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1.
이에 따라, 상기 코팅층은 열처리에 의한 상기 구리 기판의 산화를 방지하는 것을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the coating layer prevents oxidation of the copper substrate by heat treatment.
도 23 내지 도 24는 본 발명의 비교 예 3 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 염수 처리 전과 후의 시료 이미지, 및 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.23 to 24 are diagrams showing sample images before and after brine treatment of a metal substrate structure according to Comparative Example 3 and Experimental Example 2-1 of the present invention, and scanning electron microscope (SEM) images.
도 23 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 비교 예 3 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 염수 처리에 의한 부식이 확인되었다.23 and 24, corrosion of the metal substrate structure according to Comparative Example 3 and Experimental Example 2-1 of the present invention was confirmed by salt water treatment.
도 23에 도시된 바와 같이, 비교 예 3에 따른 금속 기판 구조체(도 23의 (a))는 염수 처리에 의해 부식되는 것을 확인하였다. 반면, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체(도 23의 (b))는 염수 처리에 의한 부식이 실질적으로 확인되지 않았다.23, it was confirmed that the metal substrate structure according to Comparative Example 3 ((a) of FIG. 23) was corroded by salt water treatment. On the other hand, the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 (Fig. 23 (b)) was not substantially confirmed corrosion by salt water treatment.
구체적으로, 도 24에 도시된 바와 같이, 비교 예 3에 따른 금속 기판 구조체(도 24의 (a))는 시간 경과에 따라 표면에 구리 산화물이 형성되는 것을 확인하였고, 염수 처리 72시간 경과 후에는 상기 구리 산화물의 크기가 증가하는 것을 확인하였다.반면,실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체(도 24의 (b))는 염수 처리 72시간 경과 후에도 실질적으로 표면 구조의 변화가 없는 것을 확인하였다.Specifically, as shown in Figure 24, the metal substrate structure according to Comparative Example 3 (FIG. 24 (a)) was confirmed that copper oxide is formed on the surface over time, after 72 hours of brine treatment It was confirmed that the size of the copper oxide was increased. On the other hand, it was confirmed that the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 (FIG. 24 (b)) had substantially no change in surface structure even after 72 hours of brine treatment. .
도 25 내지 도 26은 본 발명의 비교 예 4 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 염수 처리후의 시료 이미지, 및 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.25 to 26 are views showing a sample image after the saline treatment of the metal substrate structure according to Comparative Example 4 and Experimental Example 2-1 of the present invention, and a scanning electron microscope (SEM) image.
도 25 및 도 26을 참조하면, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 비교 예로, 알루미늄 기판을 이용하여, 도 23 내지 도 24를 참조하여 상술된 염수 처리를 수행하였다.25 and 26, a comparative example of the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1, using an aluminum substrate, the brine treatment described above with reference to FIGS. 23 to 24 was performed.
도 25의 (a)를 참조하면, 비교 예 4에 따른 금속 기판 구조체인 알루미늄 기판은 염수 처리 후에 표면의 색이 변화되는 것을 확인하였다. 반면, 도 25의 (b)를 참조하면, 도 23의 (b)를 참조하여 상술된 바와 같이,실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 염수 처리 후에 표면의 변화가 실질적으로 관찰되지 않는 것을 확인하였다.25 (a), it was confirmed that the color of the surface of the aluminum substrate, which is a metal substrate structure according to Comparative Example 4, was changed after brine treatment. On the other hand, referring to Fig. 25 (b), as described above with reference to Fig. 23 (b), the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 is that the surface change is not substantially observed after the salt water treatment Confirmed.
도 26의 (a)를 참조하면, 상기 알루미늄 기판의 표면이 부식되는 것을 확인하였다. 반면, 도 26의 (b)를 참조하면, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 도 24의 (b)에 도시된 바와 같이, 실질적으로 부식이 일어나지 않는 것을 알 수 있다.26 (a), it was confirmed that the surface of the aluminum substrate was corroded. On the other hand, referring to (b) of FIG. 26, it can be seen that the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 does not substantially cause corrosion, as shown in FIG. 24 (b).
도 27 내지 도 28은 본 발명의 비교 예 4 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 황산 처리 후의 시료 이미지, 및 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 도면이다.27 to 28 are views showing a sample image after sulfuric acid treatment and a scanning electron microscope (SEM) image of the metal substrate structure according to Comparative Example 4 and Experimental Example 2-1 of the present invention.
도 27 및 도 28을 참조하면, 본 발명의 비교 예 4 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 황산 처리에 따라 표면의 산화 여부를 확인하였다.27 and 28, the metal substrate structure according to Comparative Example 4 and Experimental Example 2-1 of the present invention was confirmed whether the surface was oxidized according to sulfuric acid treatment.
도 27의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 알루미늄 기판은 상기 황산에 의해 산화되는 것을 알 수 있다. 반면, 도 27의 (b)에 도시된 바와 같이, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 황산에 의해 실질적으로 산화되지 않는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 27 (a), it can be seen that the aluminum substrate is oxidized by the sulfuric acid. On the other hand, as shown in Figure 27 (b), it can be seen that the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 is not substantially oxidized by sulfuric acid.
구체적으로, 도 28의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 알루미늄 기판은 황산 처리되며 표면의 거칠기가 증가된 것을 확인하였다. 반면, 도 28의 (b)에 도시된 바와 같이, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 도 26의 (b)에 도시된 표면 이미지와 유사한 표면을 갖는 것을 확인하였고, 이에 따라, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 실질적으로 황산에 의해 부식되지 않는 것을 알 수 있다.Specifically, as shown in Fig. 28 (a), it was confirmed that the aluminum substrate was treated with sulfuric acid and the surface roughness was increased. On the other hand, as shown in Figure 28 (b), it was confirmed that the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 has a surface similar to the surface image shown in Figure 26 (b), and accordingly, the Experimental Example It can be seen that the metal substrate structure according to 2-1 is substantially not corroded by sulfuric acid.
이에 따라, 상기 코팅층은 염수 처리 및 황산에 의해 상기 구리 기판 및 상기 알루미늄 기판의 부식을 방지하는 것을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the coating layer prevents corrosion of the copper substrate and the aluminum substrate by brine treatment and sulfuric acid.
도 29 내지 도 30은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 기판 구조체의 분극 곡선 및 임피던스를 나타내는 도면이다.29 to 30 are diagrams showing a polarization curve and an impedance of a metal substrate structure according to an embodiment of the present invention.
도 29및 도 30을 참조하면, 비교 예 3 및 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체의 분극 곡선 및 임피던스가 확인되었다.29 and 30, polarization curves and impedances of the metal substrate structures according to Comparative Example 3 and Experimental Example 2-1 were confirmed.
도 29에 도시된 바와 같이, 비교 예 3에 따른 금속 기판 구조체인 상기 구리 기판에 비하여, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 상기 흑연나노플레이트의 혼합량이1 내지 10질랑부로 증가될수록, 전류밀도 값이 감소되는 것을 알 수 있다.이에 따라,실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 상기 구리 기판에 비하여 약 40배 느린 부식속도를 갖는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 29, compared to the copper substrate, which is the metal substrate structure according to Comparative Example 3, the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 increases the amount of current of the graphite nanoplate to 1 to 10 quills, increasing the current. It can be seen that the density value is reduced. Accordingly, it was confirmed that the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 had a corrosion rate about 40 times slower than that of the copper substrate.
도 30을 참조하면, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 상기 구리 기판에 비하여 약 200배로 저항이 증가되는 것을 확인하였고, 이에 따라, 실험 예 2-1에 따른 금속 기판 구조체는 상기 구리 기판에 비하여 약 99%이상의 부식효율을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 30, it was confirmed that the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 is increased in resistance by about 200 times compared to the copper substrate, and accordingly, the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1 is the copper substrate. It can be seen that it has a corrosion efficiency of about 99% or more.
도 31은 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 금속 기판 구조체의 흑연나노플레이트 질량비에 따른 전기 전도도 및 접착력테스트 결과를 나타내는 도면이다.31 is a view showing the electrical conductivity and adhesion test results according to the graphite nanoplate mass ratio of the metal substrate structure according to Experimental Example 2-2 of the present invention.
도 31을 참조하면, 실험 예 2-2에 따른 금속 기판 구조체는 상기 흑연나노플레이트의 질량비가 증가될수록, 전기전도도가 증가되는 것을 확인하였다. 특히, 상기 흑연나노플레이트가 50중량부로 포함될 때, 가장 높은 전기전도도를 갖고, 상기 흑연나노플레이트가 50중량부를 초과할 때, 다시 전기전도도의 값이 감소되는 것을 확인하였다.Referring to Figure 31, the metal substrate structure according to Experimental Example 2-2 was confirmed that the higher the mass ratio of the graphite nanoplate, the higher the electrical conductivity. In particular, it was confirmed that when the graphite nanoplate is included in 50 parts by weight, it has the highest electrical conductivity, and when the graphite nanoplate exceeds 50 parts by weight, the value of electrical conductivity is reduced again.
반면, 실험 예 2-2에 따른 금속 기판 구조체는 상기 흑연나노플레이트의 질량비가 증가될수록, 접착력이 감소되는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 흑연나노플레이트의 질량비가 증가될수록, 상기 복합 코팅액 내의 상기 고분자의 질량비가 감소되고, 이에 따라, 상기 흑연나노플레이트가 응집되는 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 31에 도시된 바와 같이, 상기 흑연나노플레이트가 50중량부를 초과하는 경우, 실험 예 2-2에 따른 금속 기판 구조체의 상기 금속 기판 및 상기 코팅층 간의 접착력이 감소되는 것을 알 수 있다.On the other hand, in the metal substrate structure according to Experimental Example 2-2, it can be seen that as the mass ratio of the graphite nanoplate increases, the adhesive force decreases. That is, it can be seen that as the mass ratio of the graphite nanoplate increases, the mass ratio of the polymer in the composite coating solution decreases, and accordingly, the graphite nanoplate aggregates. Therefore, as shown in FIG. 31, when the graphite nanoplate exceeds 50 parts by weight, it can be seen that the adhesion between the metal substrate and the coating layer of the metal substrate structure according to Experimental Example 2-2 is reduced.
상술된 본 발명의 실험 예 2-1, 내지 실험 예 2-2에 따른 금속 기판 구조체의 제조 방법 중에서 상기 복합 코팅액 내의 상기 흑연나노플레이트의 혼합 양에 따라서, 상기 금속 기판 구조체의 내화학성 및 전기전도성이 아래의 <표 4>에 작성되었다.According to the mixing amount of the graphite nanoplate in the composite coating solution among the methods for manufacturing the metal substrate structure according to Experimental Example 2-1, to Experimental Example 2-2 of the present invention described above, chemical resistance and electrical conductivity of the metal substrate structure It was prepared in <Table 4> below.
복합 코팅액 내의 흑연나노플레이트의 중량부Weight part of graphite nanoplate in composite coating solution 내화학성(1M 황산)Chemical resistance (1M sulfuric acid) 전기전도도(S/cm)Electrical conductivity (S / cm)
실험 예 2-1Experimental Example 2-1 22 3000 h3000 h 0.00210.0021
2525 1300 h1300 h 0.120.12
5050 500 h500 h 1212
실험 예 2-2Experimental Example 2-2 22 300 h300 h 0.250.25
2525 120 h120 h 1717
5050 72 h72 h 300300
이 때, 상기 금속 기판 구조체는 상기 금속 기판 구조체 내의 금속 기판에 전기전도성을 제공할 수 있어야 하고, 이에 따라, 상기 흑연나노플레이트는 10 내지 50 중량부로 포함되는 것을 알 수 있다.At this time, the metal substrate structure should be able to provide electrical conductivity to the metal substrate in the metal substrate structure, and accordingly, it can be seen that the graphite nanoplate is included in 10 to 50 parts by weight.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As described above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
본 출원의 실시 예에 따른 복합 코팅액, 이를 이용하여 제조된 금속 기판 구조체, 및 그 제조 방법은, 전기 전도성 소재, 이차 전지 소재, 건축 자재, 건축 구조물 내부의 파괴 및 변형을 감지하는 분야 등 전기 전도성, 내산화, 및 내부식성을 요하는 다양한 산업 분야에 적용될 수 있다.Composite coating solution according to an embodiment of the present application, a metal substrate structure manufactured using the same, and a method of manufacturing the electrical conductivity, such as an electrically conductive material, a secondary battery material, a building material, a field for detecting destruction and deformation inside a building structure , It can be applied to various industrial fields that require oxidation resistance and corrosion resistance.

Claims (16)

  1. 금속염을 포함하는 베이스 용액을 준비하는 단계;Preparing a base solution containing a metal salt;
    상기 베이스 용액에 흑연을 제공하고, 상기 금속염의 음이온을 상기 흑연의 층간에 삽입하여, 흑연 층간 화합물을 제조하는 단계;Providing graphite to the base solution, and inserting anions of the metal salt into the graphite interlayer to prepare a graphite interlayer compound;
    상기 흑연 층간 화합물을 열처리하여 팽창 흑연을 형성하는 단계;Heat-treating the graphite interlayer compound to form expanded graphite;
    상기 팽창 흑연을 분산시켜, 흑연나노플레이트를 제조하는 단계; 및Dispersing the expanded graphite to prepare a graphite nanoplate; And
    상기 흑연나노플레이트, 및 고분자를 혼합하여, 복합 코팅액을 제조하는 단계를 포함하는 복합 코팅액의 제조 방법.A method of producing a composite coating solution comprising the step of preparing a composite coating solution by mixing the graphite nanoplate and the polymer.
  2. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 흑연 층간 화합물을 열처리하는 단계는,The step of heat-treating the graphite interlayer compound,
    상기 흑연 층간 화합물 내에 포함된 상기 금속염의 상기 음이온을 열분해시키는 단계;Pyrolyzing the anion of the metal salt contained in the graphite interlayer compound;
    상기 음이온의 열분해에 의해 형성된 가스의 팽창력으로, 상기 흑연 층간 화합물보다 층간 거리가 증가된 상기 팽창 흑연을 제조하는 단계를 포함하는 복합 코팅액의 제조 방법.A method for producing a composite coating solution comprising the step of preparing the expanded graphite having an increased interlayer distance than the graphite interlayer compound, with an expansion force of a gas formed by thermal decomposition of the anions.
  3. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 흑연 층간 화합물을 열처리하는 단계의 공정 온도, 또는 공정 압력이 증가될수록, 상기 흑연나노플레이트 내에 제공되는 결함의 양이 증가되는 것을 포함하는 복합 코팅액의 제조 방법.A method of manufacturing a composite coating solution comprising increasing the amount of defects provided in the graphite nanoplate as the process temperature or process pressure of the step of heat-treating the graphite interlayer compound increases.
  4. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 고분자의 극성에 따라, 상기 흑연나노플레이트 내에 제공되는 결함의 양을 조절하는 것을 포함하되,According to the polarity of the polymer, including adjusting the amount of defects provided in the graphite nanoplate,
    상기 고분자의 극성이 증가될수록, 상기 흑연나노플레이트 내에 제공되는 결함의 양이 증가되는 것을 포함하는 복합 코팅액의 제조 방법.The method of manufacturing a composite coating solution comprising increasing the polarity of the polymer, the amount of defects provided in the graphite nanoplate increases.
  5. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 고분자는, 폴리실라잔(polysilazane)이고,The polymer is polysilazane,
    상기 복합 코팅액의 용매는, 비극성 용매인 것을 포함하는 복합 코팅액의 제조 방법.The method for producing a composite coating liquid, wherein the solvent of the composite coating liquid is a non-polar solvent.
  6. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 고분자는, 폴리실록산(polysiloxane)이고,The polymer, polysiloxane (polysiloxane),
    상기 복합 코팅액의 용매는, 극성 용매인 것을 포함하는 복합 코팅액의 제조 방법.The solvent of the composite coating solution, a method for producing a composite coating solution comprising a polar solvent.
  7. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 금속염은, 아자이드염, 탄산염, 질산염, 황산염, 또는 인산염 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 복합 코팅액의 제조 방법.The metal salt, azide salt, carbonate, nitrate, sulfate, or a method for producing a composite coating solution containing at least one of phosphate.
  8. 흑연나노플레이트; 및Graphite nanoplates; And
    고분자를 포함하되,Contains polymers,
    상기 흑연나노플레이트 및 상기 고분자의 총합 100 중량부에 대하여,With respect to the total weight of 100 parts of the graphite nanoplate and the polymer,
    상기 흑연나노플레이트는, 10중량부 이상 50중량부 이하이고,The graphite nanoplate, 10 parts by weight or more and 50 parts by weight or less,
    상기 고분자는, 50중량부 이상 90중량부 이하인 것을 포함하는 복합 코팅액.The polymer is a composite coating solution containing 50 parts by weight or more and 90 parts by weight or less.
  9. 제8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 고분자는, 유기 고분자 또는 무기 고분자 중에서 어느 하나를 포함하는 복합 코팅액.The polymer, a composite coating solution containing any one of an organic polymer or an inorganic polymer.
  10. 제8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 유기 고분자는, 에폭시계 고분자, 셀룰로오스계 고분자, 비닐계 고분자, 아크릴계 고분자, 불소계 고분자, 아미드계 고분자, 이미드계 고분자, 또는 아세테이트계 고분자 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 복합 코팅액.The organic polymer is a composite coating solution containing at least one of an epoxy-based polymer, a cellulose-based polymer, a vinyl-based polymer, an acrylic-based polymer, a fluorine-based polymer, an amide-based polymer, an imide-based polymer, or an acetate-based polymer.
  11. 제8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 무기 고분자는, 폴리실록산, 폴리실라잔 또는 폴리실리케이트 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 복합 코팅액.The inorganic polymer is a composite coating solution containing at least one of polysiloxane, polysilazane, or polysilicate.
  12. 제8 항에 따른 복합 코팅액의 상기 고분자가 폴리실라잔인 경우,When the polymer of the composite coating solution according to claim 8 is polysilazane,
    금속 기판 상에 상기 복합 코팅액을 스프레이 코팅법 또는 스핀 코팅법 중에서 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것을 포함하는 복합 코팅액을 이용한 코팅 방법.A coating method using a composite coating solution comprising coating the composite coating solution on a metal substrate by any one of a spray coating method and a spin coating method.
  13. 제8 항에 따른 복합 코팅액의 상기 고분자가 폴리실록산인 경우,When the polymer of the composite coating solution according to claim 8 is polysiloxane,
    금속 기판 상에 상기 복합 코팅액을 바 코팅법 또는 닥터 블레이트코팅법 중에서 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것을 포함하는 복합 코팅액을 이용한 코팅 방법.A coating method using a composite coating solution comprising coating the composite coating solution on a metal substrate by any one of a bar coating method and a doctor blast coating method.
  14. 제12 항 또는 제13 항 중에서 어느 하나의 코팅 방법으로 제조된 예비 코팅층을 핫프레스하여 코팅층을 제조하는 단계를 포함하되,Claim 12 or 13 comprises the step of preparing a coating layer by hot pressing the pre-coating layer prepared by any one of the coating method,
    상기 예비 코팅층 내에 상기 흑연나노플레이트의 양이 증가할수록, 공정 압력을 감소시키는 것을 포함하는 복합 코팅액을 이용한 코팅 방법.A coating method using a composite coating solution comprising reducing the process pressure as the amount of the graphite nanoplate increases in the preliminary coating layer.
  15. 금속 기판; 및Metal substrates; And
    상기 금속 기판 상에 배치되고, 흑연나노플레이트, 및 실리콘 산화물 포함하는 코팅층을 포함하되,Is disposed on the metal substrate, comprises a graphite nanoplate, and a coating layer comprising silicon oxide,
    상기 코팅층은, IR 분석법에서 실리콘-탄소 결합을 포함하지 않고, 상기 금속 기판보다 내산화성 및 내부석성이 높은 것을 포함하는 금속 기판 구조체.The coating layer, a metal substrate structure that does not contain a silicon-carbon bond in the IR analysis method, and includes a higher oxidation resistance and stone resistance than the metal substrate.
  16. 제15 항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 코팅층의 상기 실리콘 산화물의 양이 증가할수록, 내부식성이 증가되는 것을 포함하는 금속 기판 구조체.A metal substrate structure comprising increasing corrosion resistance as the amount of the silicon oxide in the coating layer increases.
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