WO2023249304A1 - 전기자동차 리튬이온 배터리 및 내연기관 자동차 엔진룸의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a paint composition for dissipating heat and extinguishing initial fire in the engine room of an electric vehicle lithium-ion battery and an internal combustion engine vehicle. Specifically, it effectively dissipates heat generated in the engine room of an electric vehicle lithium-ion battery and an internal combustion engine vehicle to prevent deterioration of the device. , it can prevent performance deterioration, breakdown, and shortened lifespan, and it can prevent fire and explosion by preventing heat accumulation in any part of the device. It can quickly extinguish a fire in the early stages of a fire, reducing the risk of fire. This relates to a paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing that can minimize damage.
  • Electric vehicles driven by a high voltage of 240 to 400 volts generated from lithium-ion batteries generate high output electricity from the battery, generating high heat in battery cells, modules, packs, and high-voltage electronic components when driving or charging the electric vehicle. .
  • the paint composition applied to the surface of the above equipment smoothes the performance of the lithium-ion battery system including high-voltage electric components and devices, the engine of an internal combustion engine vehicle, radiators, various devices, electrical wiring, and exhaust devices, while preventing shortening of lifespan.
  • efficient heat dissipation performance is required to maintain the temperature below the appropriate temperature (e.g. below 60°C) by dissipating heat generated within the equipment to the outside so that it does not accumulate in any one place, and in the event of a fire, the initial fire is quickly extinguished. Initial fire extinguishing performance that can minimize risk and damage is also required.
  • lithium-ion battery cells modules, packs, high-voltage electrical components and devices, and in internal combustion engine vehicles, engines, radiators and various devices, inner walls of engine rooms and under bonnets, aluminum, cold rolled steel, galvanized steel, and any wires.
  • Various materials such as covering materials and old coatings can be used.
  • the coating film has excellent adhesion, processability, corrosion resistance, water resistance, chemical resistance, and weather resistance that can be applied to pre-processing, post-coating, and pre-coating post-processing, and has heat resistance of over 200°C and high heat transfer effect (heat transfer resistance). It is required, and the coating film must be able to cure (dry) quickly and be capable of natural curing or heat drying.
  • heat generated from electric vehicle lithium-ion batteries with high output and high voltage characteristics, internal combustion engine vehicle engine rooms or exhaust systems can be efficiently released by preventing heat from accumulating anywhere, and in the event of a fire, the heat is extinguished at an early stage.
  • the aim is to provide a paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing that can minimize fire damage by preventing re-combustion, fire spread and explosion.
  • the first inorganic filler included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing may be one or more selected from boron nitride, silicon carbide, and aluminum nitride.
  • the first inorganic filler included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing may include boron nitride, silicon carbide, and aluminum nitride, and may be added at an amount of 20% based on the weight of the subject matter. It may contain ⁇ 30% by weight.
  • the first inorganic filler included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing may include boron nitride, silicon carbide, and aluminum nitride, and the boron nitride has an average particle diameter of 45 ⁇ 280 ⁇ m, the average particle diameter of silicon carbide may be 10-40 ⁇ m, and the average particle diameter of aluminum nitride may be 30-80 ⁇ m.
  • the second inorganic filler included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing may be any one or more of micro-calcined alumina, micro-calcined silica, and micro-calcined zinc phosphate.
  • the second inorganic filler included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing may include micro-calcined alumina, micro-calcined silica, and micro-calcined zinc phosphate, and the weight of the subject matter It may contain 5 to 10% by weight.
  • the microcapsules for extinguishing an initial fire included in the paint composition for dissipating heat and extinguishing an initial fire may have a core-shell structure.
  • the core portion of the microcapsule for extinguishing an initial fire is composed of perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1,2,2, It may contain 3,3,4-heptafluoro cyclopentane (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane).
  • perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1,2,2 on the core of the microcapsule for extinguishing the initial fire.
  • the content ratio of 3,3,4-heptafluoro cyclopentane (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane) may be 1:3 to 3:1.
  • the shell portion of the microcapsule for extinguishing an initial fire may include melamine-urea-formaldehyde resin.
  • the average particle diameter of the microcapsules for extinguishing an initial fire may be 60 to 80 ⁇ m.
  • the main part and the hardener part are included, and the weight-based mixing ratio of the thermoplastic acrylic resin, the first inorganic filler, and the second inorganic filler contained in the main part is adjusted, and the weight percentage of the microcapsule for extinguishing the initial fire and the hardener part is adjusted.
  • Figure 1 is a diagram showing a cross-sectional view of a paint film for heat dissipation and initial fire extinguishing used in a battery product that can be ideally formed by curing and drying the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing microcapsules included in a paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing used in the battery product of the present invention.
  • Figure 3 is a photograph showing the state over time when the hardened product obtained by drying and curing the composition for heat dissipation and initial fire extinguishing used in the battery product of the present invention is ignited and extinguished by finely pulverized granules.
  • Figure 4 is a diagram showing the DSC curve of the N-H microcapsule and the microcapsule change (SEM Image) according to temperature change.
  • Figure 5 shows a graph comparing the temperature change of the dry film of the heat dissipation and initial fire extinguishing composition used in the battery product of the present invention with the temperature change of the uncoated surface.
  • the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention can be used in various devices such as lithium-ion battery cells, modules, and packs, high-voltage electric components, electrical wiring, engines of internal combustion engine vehicles, under the bonnet, etc., and exhaust systems of internal combustion engines. .
  • the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention does not cause structural deformation to almost all materials such as metals, non-ferrous metals, plastics, and wire coverings, and can be applied to necessary areas without a base or intermediate coating film to improve the performance and stability of the coating film. can be maintained and the lifespan of the device can be prevented from being shortened.
  • the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may include a main part and a hardener part.
  • the main part of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may include a thermoplastic resin, which may function as a binder for the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing, and may include thermoplastic acrylic resin, polyethylene, and polypropylene. , vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, polystyrene, ABS resin, and polyurea resin, and may preferably include a thermoplastic acrylic resin.
  • the main components included in the paint composition for heat dissipation and fire extinguishing of the present invention include (a) a thermoplastic acrylic resin, (b) a first inorganic filler, (c) a second inorganic filler, and (d) microcapsules for initial fire extinguishing. can do.
  • thermoplastic acrylic resin has excellent adhesion, corrosion resistance, hardness, impact resistance, water resistance, chemical resistance, durability, and weather resistance, and is suitable for use in styrene monomer, methyl methacrylate, butylacrylate monomer, 2-ethylhexyl acrylate, and 2-hydroxyl methacrylate. It may be any one or more of monomers of polymethacrylate and polymethacrylate.
  • the thermoplastic acrylic resin may be included in an amount of 30 to 40% by weight based on the weight of the main body of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing. If it is less than 30% by weight, adhesion and adhesion to the surface of the object may be reduced or the impact resistance of the coating film may be reduced. There may be a problem of deterioration, and if it exceeds 40% by weight, the hardness of the cured film of the coating composition may weaken and physical properties such as weather resistance may decrease.
  • the main component included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may include polyurea resin, and preferably may include polyaspartic urea resin.
  • the polyaspartic urea resin When the polyaspartic urea resin is included in the main part, it can combine with the aliphatic polyisocyanate that can be included in the curing agent part of the present invention, resulting in a rapid shortening of the curing time during room temperature curing and heat curing, and after curing.
  • the cured coating film can exhibit excellent physical properties such as heat resistance, hardness, extensibility, flexibility, durability, weather resistance, water resistance, and abrasion resistance.
  • a polyaspartic urea resin with low viscosity and high solid content that can quickly shorten the curing time by combining with the aliphatic polyisocyanate is N,N-7-[methylenebis(2-methyl-4,1-cyclohexandyl). ]Aliphatic polyurea chain-extended with diamine in bis-,1,1',4,4'-tetra ethyl ester; ether amine; and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate-linked polyurea.
  • the polyurea resin may be included in an amount of 6 to 10% by weight based on the weight of the main body of the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishment.
  • the polyurea resin is less than 6% by weight based on the weight of the main body of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing
  • the chemical properties of the coating film such as salt spray resistance, alkali resistance, acid resistance, impact resistance, hardness, flexibility, and extensibility are affected.
  • the physical properties of the coating film may deteriorate, and the drying time of the coating composition may increase.
  • the drying time of the coating composition may be shortened, but the heat conductivity of the coating film is lowered and the heat dissipation efficiency is reduced. Problems may arise.
  • the first inorganic filler included in the main part of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention is a thermally conductive material that can function as a particle that emits heat generated from the battery, including boron nitride, silicon carbide, and It may be one or more selected from aluminum nitride.
  • the thermal conductivity of the boron nitride may be 350 to 450 W/m ⁇ K
  • the thermal conductivity of the silicon carbide may be 200 to 300 W/m ⁇ K
  • the thermal conductivity of the aluminum nitride may be 170 to 320 W/m ⁇ K.
  • the thermal conductivity of each of the materials may be If it is below this lower limit, the heat dissipation effect may be insufficient and a problem may occur in which heat generated from the battery cannot be sufficiently dissipated.
  • the average particle diameter of the aluminum nitride is 30 to 80 ⁇ m, preferably 40 to 60 ⁇ m, the average particle diameter of the boron nitride is 45 to 280 ⁇ m, preferably 65 to 210 ⁇ m, and the average particle diameter of the silicon carbide is 10 to 40 ⁇ m. ⁇ m, preferably 20 to 30 ⁇ m. If the upper limit of each of the above substances is exceeded, the dispersion time may become longer to achieve the particle size specifications when manufacturing the paint, which may reduce productivity.
  • the first inorganic filler included in the main part of the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may include boron nitride, silicon carbide, and aluminum nitride, and is 20 to 30 weight based on the weight of the main part. % may be included, but if the amount is less than 20% by weight based on the weight of the subject matter, the heat dissipation effect may be insufficient and a problem may occur in which heat generated from the battery cannot be sufficiently dissipated, and if it exceeds 30% by weight, the coating film may be damaged. Problems with reduced strength may occur.
  • the second inorganic filler included in the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may be any one or more of micro-calcined alumina, micro-calcined silica, and micro-calcined zinc phosphate.
  • thermoplastic acrylic resin when thermoplastic acrylic resin is used with any one or more of micro-calcined alumina, micro-calcined silica, and micro zinc phosphate, the organic bonding force is different in the curing process of the heat dissipation layer (coat film, coating layer) formed through the first inorganic filler. It can be about 20% stronger than binder resin, and as a result, the adhesion of the heat dissipation layer can be significantly improved without any light or medium, and has excellent adhesion to materials such as metals, non-ferrous metals, plastics, wire coverings, and all old coatings. It can be implemented.
  • thermoplastic acrylic resin when micro-calcined alumina, micro-calcined silica, and micro zinc phosphate are used simultaneously with the thermoplastic acrylic resin, the strong organic bond energy between each component is generated during the curing process when forming the heat dissipation layer (coat film) formed through the first inorganic filler. Through this, a very excellent level of adhesion and adhesion can be achieved, and durability, weather resistance, rust prevention, and self-cleaning properties can also be greatly improved.
  • the heat dissipation layer formed by curing the composition containing the first inorganic filler can exhibit a very excellent level of adhesion and adhesion regardless of the material of the object to be coated, and as a result, a separate undercoat or middle layer is unnecessary, Sufficient heat dissipation performance can be achieved with just a single heat dissipation layer, and sufficient heat dissipation effect can be achieved even with a very thin thickness.
  • the thickness of the heat dissipation layer of the present invention can be configured to be 100 ⁇ m or less, and even this ultra-thin coating film (heat dissipation layer) can exhibit a heat dissipation effect superior to that of conventional heat dissipation layers. You can confirm that it exists.
  • the weight of the heat dissipating composition to be painted per unit area can be greatly reduced, thereby shortening the painting time and reducing costs.
  • micro-fired silica, micro-fired alumina, and micro zinc phosphate combine with the acrylic binder, resulting in a synergy effect in which the organic bonding force becomes about 20% stronger than that of other types (series) of binders. ) occurs, so the above-mentioned adhesion, adhesion, durability, weather resistance, and rust prevention can be significantly improved.
  • Micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro zinc phosphate can be manufactured by irradiating microwaves to generate heat using a typical calcination furnace using microwaves.
  • Micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro zinc phosphate have a low coefficient of thermal expansion and low thermal shock, so they can suppress deterioration and expansion and contraction of the heat dissipation layer, while also exhibiting excellent rust prevention performance.
  • a preferable firing temperature may be about 700 to 1500°C, and more preferably about 800 to 1200°C.
  • the second inorganic filler included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may include micro-calcined alumina, micro-calcined silica, and micro-calcined zinc phosphate, and is comprised of 5 to 10% by weight based on the weight of the main part. It can be included.
  • the weight of (b) the first inorganic filler is less than twice the weight of (c) the second inorganic filler, a problem may occur in which the heat dissipation performance of the formed coating film is deteriorated, and (c) the second inorganic filler Based on the weight of the filler, (b) if the weight of the first inorganic filler exceeds 4 times, the adhesion, adhesion, durability, weather resistance, and rust prevention of the heat radiation layer in the formed coating film may be reduced, or the physical strength may be reduced. You can.
  • the main component of the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may further include a fluoro stain resistant additive.
  • the fluorine-based stain inhibitor can impart water and oil repellency to the heat dissipation layer, thereby improving the durability of the heat dissipation layer.
  • the fluorine-based stain prevention agent may include one or more components among polyurethane containing a fluorine group, polyacrylic emulsion containing a fluorine group, and polyacrylic modified urethane emulsion containing a fluorine group. Based on the total weight of the heat dissipation composition, the fluorine-based stain inhibitor may be included in about 1 to 3% by weight. When included in the above weight range, the water and oil repellency of the coating film is appropriately improved.
  • the main component of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may further include one or more selected from the group consisting of a thickener, a corrosion inhibitor, and a wetting and dispersing and flow prevention agent.
  • a thickener can improve the storage stability of particles, such as controlling the viscosity of the composition, providing thickening and thixotropic properties, preventing particles from settling, improving redispersibility, and improving flowability.
  • the thickener may be, for example, hydroxyethyl cellulose, but is not limited thereto, and may be included in an amount of about 0.5 to 1.5% by weight based on the weight of the main portion of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing.
  • the corrosion inhibitor can minimize corrosion even in a high-temperature and humid environment, and may be included in about 0.1 to 1% by weight based on the weight of the main part of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing.
  • the wetting and dispersing agent has the function of increasing dispersibility and preventing pigment sedimentation, and the anti-flow agent has the function of preventing the flow of paint on the vertical surface when painting, thereby improving the workability of painting. Based on the weight of the main part, it may be included in about 0.1 to 1% by weight.
  • the main component of the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may further include a fluorine-based surfactant.
  • the fluorine-based surfactant may contain a perfluoroalkyl group and may be included in an amount of 0.1 to 1% by weight based on the total weight of the composition. By including it within the above weight% range, excellent smoothness of the coating film can be imparted.
  • the main part or the hardener part of the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may include butyl acetate.
  • Butyl acetate contained in the main part or hardener part functions to control viscosity and drying speed, maintain the smoothness of the coating film, and may be included in an amount of 15 to 25% by weight based on the weight of the hardener part of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing.
  • the viscosity of the composition may increase, which may cause problems such as poor workability or lowered smoothness of the coating film, and if it is included in excess of 25% by weight, the viscosity of the composition may be too low, causing the coating film to flow during painting. Problems may occur in film formation, such as the film becoming thinner.
  • the main part or hardener part of the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may contain ethyl acetate.
  • Ethyl acetate contained in the main part or hardener part functions to control viscosity and drying speed, maintain the smoothness of the coating film, and may be included in an amount of 15 to 25% by weight based on the weight of the hardener part of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing. However, if it is included in less than 15% by weight, the viscosity of the composition may increase, which may result in poor workability or problems with the smoothness of the coating film. If it is included in excess of 25% by weight, the viscosity of the composition may be too low, causing the coating film to flow and peel off during painting. Problems with film formation, such as thinning, may occur.
  • the hardener part included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention is a low-viscosity aliphatic polyisocyanate with a viscosity of 200 to 300 cps at 25 ° C. and an isocyanate functional group (-NCO) content in the molecule of 10 to 20% by weight. It may include, and preferably, the aliphatic polyisocyanate may be hexamethylene diisocyanate ((CH 2 ) 6 (NCO) 2 ).
  • the aliphatic polyisocyanate contained in the hardener portion has a function of accelerating the curing of the coating film, and may be included in an amount of 45 to 55% by weight based on the weight of the hardener portion of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishment.
  • the aliphatic polyisocyanate contained in the hardener portion has a function of accelerating the curing of the coating film, and may be included in an amount of 45 to 55% by weight based on the weight of the hardener portion of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishment.
  • problems with low hardness of the coating film may occur, and if it is included in excess of 55% by weight, problems with the flexibility of the coating film may occur.
  • the hardener part may be included in an amount of 15 to 30% by weight based on the total weight of the paint composition. If it is included in less than 15% by weight, the paint composition may not be sufficiently cured, which may cause a problem in which the strength of the paint film is lowered. 30% by weight may be used. If it is included in excess, the hardness of the cured coating film may become too high, causing the coating film to be easily broken, and the flexibility and adhesion of the coating film may be reduced.
  • Figure 1 is a cross-sectional view showing the ideal state of a coating film formed when the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention is cured and dried.
  • Figure 1(a) shows an ideal view before the composition containing the N-H micro fire extinguishing capsule 10, the first inorganic filler 20, and the second inorganic filler 30 for extinguishing an initial fire is applied to the object 40 and cured and dried. It indicates the status.
  • Figure 1(b) shows the layer structure that the above particles can ideally form, each sequentially forming a microcapsule layer for initial extinguishing (10a) and a first inorganic filler heat dissipation layer (20a) with heat dissipation performance. , showing the undercoat layer (30a) containing the second inorganic filler.
  • the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention when cured, includes a microcapsule layer (10a) for initial fire extinguishing at the top of the coating film, and a heat dissipating layer (20a) containing a first inorganic filler with heat dissipating performance below it, An undercoat layer 30a containing a second inorganic filler may be arranged.
  • a microcapsule layer (10a) for initial fire extinguishing can be formed on the top of the coating film, which is included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention. More than 70% of the microcapsules are located at the top of the coating film, which may mean that the initial fire extinguishing microcapsule layer 10a has been formed. As described above, a large amount of microcapsules are located at the top of the coating film, thereby preventing the initial fire when a fire occurs. can be effectively suppressed.
  • the first inorganic filler particles may be relatively disposed at the lower part of the microcapsule layer due to the difference in specific gravity.
  • the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention can form a heat dissipation layer (20a) with heat dissipation performance at the bottom of the microcapsule layer (10a) while curing, which is the first heat dissipation layer (20a) included in the water-based paint composition of the present invention.
  • More than 70% of the inorganic filler particles are located at the bottom of the microcapsule layer (10a), which may mean that a heat dissipation layer (20a) with heat dissipation performance has been formed.
  • a large amount of the first inorganic filler particles is contained in the microcapsule layer (10a). By being located immediately below the layer 10a, improved thermal conductivity can be achieved while exhibiting the ability to suppress an initial fire.
  • the heat dissipation layer 20a containing the first inorganic filler may include one or more selected from boron nitride, silicon carbide, and aluminum nitride, and is preferably composed of boron nitride, silicon carbide, and aluminum nitride with different thermal conductivities.
  • the first inorganic filler may be mixed, and through mixing as above, the thermal conductivity of the coating film made of a polymer composite with a thermal conductivity of 0.15 to 0.21 W/m ⁇ K is maximized to 7 W/m ⁇ K, thereby making the coating film Through this, the heat generated from the object to be coated can be dissipated to the outside very quickly.
  • the thermal conductivity of boron nitride that can be included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention is 350 to 450 W/m ⁇ K
  • the thermal conductivity of silicon carbide is 200 to 300 W/m ⁇ K
  • the thermal conductivity of aluminum nitride is 170 to 320 W. /m ⁇ K
  • the particle size of the composition in which the silicon carbide, boron nitride, and aluminum nitride particles form a heat dissipation layer in the coating film can be manufactured to have a particle size of 30 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the particle size of the composition forming the heat dissipation layer in the coating film is limited to the above range, and the amount of heat transfer from small to large thermal conductivity As this increased heat bridge phenomenon is maximized, the heat dissipation performance of the coating film can be greatly improved.
  • Figure 2 is a diagram showing a cross-section of a microcapsule for initial fire extinguishing included in the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention.
  • the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention may include extinguishing microcapsules for extinguishing initial fire. As shown in FIG. 2, the extinguishing microcapsules may be configured in a form including a core-shell structure. You can.
  • the microcapsule of the present invention consisting of a core-shell structure
  • it is used to initially extinguish a fire by discharging the fire extinguishing composition, which is a material within the microcapsule, to the outside.
  • the fire extinguishing composition may vaporize and expand due to heat, but does not react (rupture or leak) due to the durability and airtightness of the shell portion, and then bursts and vaporizes by self-sensitizing to a temperature of 120 to 220 ° C in the event of a fire.
  • the fire extinguishing composition is sprayed directly on the flame and can extinguish the fire by breaking the chain reaction among the four conditions of combustion: fuel (combustibles), oxygen (air), heat (ignition source), and chain reaction.
  • re-burning can be suppressed by cooling from 800°C to 30°C within 15 seconds.
  • the microcapsule according to this embodiment includes a micro-sized shell portion with a closed space formed therein, and a fire extinguishing composition on the core portion located inside the shell portion.
  • the shell portion is preferably made of a non-porous high molecular weight polymer in order to function in response to temperature.
  • a non-porous high molecular weight polymer for example, polyurethane resin, polyurea resin, polyamide resin, polyester resin, polycarbonate resin, aminoaldehyde resin, melamine resin, polystyrene resin, styrene-acrylate copolymer resin, styrene-methacrylate copolymer resin.
  • gelatin polyvinyl alcohol, phenol formaldehyde resin, and resorcinol formaldehyde resin.
  • the shell portion may be configured to include melamine-urea-formaldehyde resin, which has a sensitive temperature response, and has a temperature range of 120 ⁇ 120. Excellent initial fire extinguishing effect can be achieved by sensitively self-sensing at a temperature in the 220°C range, destroying the shell and spraying extinguishing substances.
  • the shell portion forms the outer shape of the microcapsule.
  • the shell portion is formed in a spherical shape
  • the shell part may be formed in a tube shape, and the fire extinguishing composition may be built into the closed space inside the tube-shaped shell part.
  • the core portion present inside the shell portion may contain a fire extinguishing composition.
  • the fire extinguishing composition of the present invention includes perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane ( 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane).
  • the perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane (1,1,2, 2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane) has excellent storage stability inside the shell and can exhibit effective spraying efficiency when released outside the shell.
  • the perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane (1,1, 2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane) is preferably mixed in a ratio of 1:3 to 3:1.
  • the fire extinguishing ability and extinguishing substances in the core of the shell Problems may arise in the storage stability of perfluoro 2-methyl-3-pentanone if the ratio of perfluoro 2-methyl-3-pentanone to 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane exceeds 3:1. A problem may arise in which the re-burning prevention effect of the fire extinguishing agent in the shell core is reduced.
  • the particle size of the extinguishing microcapsules of the present invention is preferably adjusted to 60-80 ⁇ m.
  • the particle diameter of the microcapsule is less than 60 ⁇ m, the particle diameter of the capsule becomes small, which may lead to difficulties in the process of applying it to a specific area on the surface of the object. Conversely, if it exceeds 80 ⁇ m, the surface area per unit weight becomes small and temperature changes occur. Problems may arise in which rapid response is not possible.
  • the content of the extinguishing microcapsules is preferably contained in 5 to 15% by weight.
  • the heat dissipation effect of the heat dissipation layer can be optimally adjusted.
  • it if it is less than 5% by weight, a problem may occur where the initial fire extinguishing effect is insufficient. If it is contained in excess of 15% by weight, painting workability deteriorates due to an increase in viscosity, the durability of the dry coating film deteriorates, and it may be inappropriate in terms of manufacturing cost.
  • the content of the extinguishing microcapsules the total content of the first inorganic filler can be adjusted to 1:1.5 ⁇ 1:3.5. If the ratio of the total content of the first inorganic filler to the content of the microcapsules is 1.5 or less, after curing If the amount of microcapsules located at the top of the dry paint film becomes too large, the purpose of initial fire suppression may be sufficiently achieved, but the problem of relatively low heat dissipation performance may occur, and if the amount is more than 3.5, the microcapsules forming at the top of the dry film film may occur. As the layer becomes thinner and the mixing ratio of the first inorganic filler particles with the layer formed by the microcapsules increases, a problem may occur in which the effect of extinguishing an initial fire may be reduced.
  • a dry film is formed that has excellent initial fire extinguishing performance and heat dissipation performance showing a thermal conductivity of about 7 W/m ⁇ K or more. can do.
  • thermal conductivity of more than 7W/m ⁇ K can be achieved by adjusting the ratio of the above extinguishing microcapsule content:total amount of the first inorganic filler.
  • the temperature range of the surface (unpainted surface) is measured while heating the object for a certain period of time with a heat source in an unpainted state
  • the temperature range of the surface (coated surface) can be measured by forming a dry coating film with a thickness of 100 ⁇ m on the object and heating it for a certain period of time using the same heat source as above.
  • the temperature of the unpainted surface can be measured at 65 to 75 °C with a heating time of 40 to 90 minutes, and the temperature of the painted surface can be measured at 55 to 60 °C with a heating time of 40 to 90 minutes.
  • the temperature difference at the same heating time is 10 to 15°C, indicating that the heat dissipation performance of the painted surface is significantly superior to that of the unpainted surface.
  • the content of the microcapsules for fire extinguishing and the content of the first inorganic filler for heat dissipation are appropriately adjusted, and the coating film forms the above layer after curing and drying, thereby providing a new effect of extinguishing the initial fire and improving heat dissipation performance. It is possible to provide a composition that maintains excellent properties.
  • Figure 3 is an actual photograph showing the state over time when the cured product of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention is dried and cured and ignited with a flame in finely ground particles and extinguished, where 3a is before ignition ( 0 seconds), 3b represents the state after 4 seconds, 3c represents the state after 8 seconds, and 3d represents the state after 15 seconds.
  • the particles are burned and ignited for up to 8 seconds after ignition, but after 8 seconds, they are gradually extinguished and tend to be completely extinguished after 15 seconds. This is because the shell of the microcapsule contained in the composition undergoes thermal runaway at 120-220°C when a fire occurs. When it reaches this temperature, it melts and bursts within 8 seconds and the fire extinguishing agent in the core is sprayed, and the fire extinguishing agent is cooled from 800°C to 30°C within 15 seconds to suppress re-combustion, so the tendency is the same as above. can be seen as visible.
  • FIG. 4 is a diagram showing the differential scanning calorimetry (DSC) curve of the N-H microcapsule and the microcapsule change (SEM image) according to temperature change.
  • the microcapsules exist in a spherical shape, but at around 150°C, it responds to temperature and confirms that the shell part exists in a ruptured form, indicating that the extinguishing agent in the core can be sprayed in the 120 ⁇ 220°C response temperature range.
  • the components and functions or properties of the main part of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishing used in the battery product of the present invention are listed in [Table 1] below, and the components and functions or characteristics of the hardener part of the paint composition for heat dissipation and initial fire extinguishment are as follows.
  • the composition ratios of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 of the main part are shown in [Table 2] below, and the composition ratios of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 of the hardener part are shown in [Table 3] below. Each is listed in Table 4].
  • NO Hardener component constituents function or characteristic
  • One Asahi Kasei non-yellowing aliphatic polyisocyanate (MFA-75X) Paint film hardening function Hexamethylene diisocyanate with a viscosity of 200 to 300 cps at 25°C and an isocyanate functional group (-NCO) content of 10 to 20% by weight in the molecule.
  • 2 ethyl acetate Viscosity and drying speed control Maintaining the smoothness of the paint film 3 butyl acetate Controls viscosity and drying speed and maintains the smoothness of the coating film 4 toluene Controls viscosity and drying speed and maintains the smoothness of the coating film
  • Example 1 Components 1 to 4 of [Table 1] were weighed and added to a high-speed tank mixer according to the mixing ratio, and stirred for 5 minutes at a speed of 300 rpm through a 15HP continuously variable stirrer with an impeller diameter of 33 cm.
  • step 3 While continuing the stirring process in step 2 above, component 7 of [Table 1] was added and mixed, and the stirring speed was increased to 600 rpm and stirred for 10 minutes.
  • step 3 While continuing the stirring process in step 3, gradually add component 8 of [Table 1] and confirm that it is mixed, increase the stirring speed to 700 rpm, and gradually add components 10 to 14 of [Table 1] sequentially. After confirming that the mixture was mixed, the stirring speed was increased to 900 rpm and stirred for 60 minutes.
  • step 4 The stirring speed of step 4 was lowered to 600 rpm, an amount equivalent to about 1/2 of component 19 in [Table 1] was added, and stirred for 20 minutes.
  • a circulating bead mill device was filled with zirconia beads with a diameter of 1 mm up to 50%, and the particle size was circulated and dispersed to a size of 30 ⁇ m or less.
  • step 8 After going through the circular dispersion process in step 7 above, the particle size of 30 ⁇ m or less was confirmed using a particle size meter, and the uniform condition of the coating film without particles was confirmed using a 60 ⁇ m applicator on a glass plate.
  • step 11 After going through the stirring process in step 10 above, the uniform state of the coating film without particles was confirmed using a 60 ⁇ m applicator.
  • the main part was manufactured by confirming the uniform and anti-foaming state of the coating film without particles using a 90 ⁇ m applicator on a glass plate.
  • step 16 After going through the stirring process in step 15 above, the uniform state of the coating film without particles was confirmed using a 60 ⁇ m applicator, and the hardener part was manufactured.
  • the main part prepared in 14 above and the hardener part prepared in 16 above were mixed and stirred for 20 minutes at a speed of 300 rpm to prepare a paint composition.
  • Steps 1 to 17 of Example 1 were performed by varying the composition ratios of components 3 to 5, components 7 to 14, and components 17 to 19 in [Table 1].
  • Steps 1 to 17 of Example 1 were performed by varying the composition ratios of component 5 and components 7 to 12 in [Table 1].
  • Steps 1 to 17 of Example 1 were performed by varying the composition ratios of component 5 and components 7 to 9 in [Table 1].
  • Steps 1 to 17 of Example 1 were performed by varying the composition ratios of component 5 and component 20 in [Table 1].
  • Steps 1 to 17 of Example 1 were performed by varying the composition ratios of components 1 to 4 in [Table 2].
  • Example 1 Example 2 Comparative Example 1 Comparative example 2 Comparative example 3 Comparative example 4 Base and hardener weight ratio Subject : Hardener - 4:1 4:1 4:1 4:1 4:1 2:1 painting equipment - brush brush brush brush brush brush low and medium - necessary doesn't exist necessary doesn't exist necessary doesn't exist necessary doesn't exist necessary doesn't exist necessary doesn't exist necessary doesn't exist necessary doesn't exist necessary doesn't exist Number of coatings episode One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One
  • Touch drying time measures the time until the paint has adhesive properties but does not stick to the finger when lightly touched with a finger at 25°C (room temperature). Curing drying refers to the time when force is applied vertically based on the surface of the coating film. It measures the time it takes for the formed coating film to reach a state where no abnormalities such as stretching or wrinkles occur.
  • the heating drying time is measured by measuring the time until the formed coating film does not stretch or wrinkle or abnormalities occur when drying at 60°C and applying force perpendicular to the coating surface.
  • Dry film formation conditions unit Example 1
  • Comparative Example 2 it was confirmed that the room temperature drying time and heat drying time of the coating composition were increased compared to the Example by containing less than 6% by weight of polyurea resin relative to the total weight of the base material. Comparative Example 3 In the case of , the polyurea resin was included in excess of 10% by weight relative to the total weight of the subject, so there was no change in room temperature drying time and heat drying time compared to the example, but the thermal conductivity of the coating film measured below was different from the example. When compared, it was confirmed that it was falling.
  • Thermal conductivity measurement Dry coating films formed from the paint compositions of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 were measured using a liquid-specific thermal conductivity meter, model name THW-L1, manufactured by THERMTEST INSTRUMENTS. As a result of the measurement, it was confirmed that the thermal conductivity of the dry coating film formed using the compositions of Examples 1 and 2 showed excellent heat dissipation performance compared to the thermal conductivity of the dry coating film formed using the compositions of Comparative Examples 1 to 4.
  • the temperature change over time was measured for the dried film formed from the paint composition of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 using a hot plate, temperature sensor, and temperature measuring device. . Specifically, a temperature sensor is attached to the surface of the painted surface and the unpainted surface, connected to a temperature measuring device including a data logger, raised to 100°C, placed on a hot plate where 100°C is continuously maintained, and heated for 60 minutes. The temperature difference between the unpainted surface and the painted surface was measured at 5-minute intervals until the 90th minute and at 10-minute intervals until the 90th minute.
  • Adhesion (adhesion) measurement The adhesion (adhesion) of the dried coating film formed with the coating composition of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 was measured using the ASTM D 3359 test method. As a result of the measurement, it was confirmed that the adhesion of the dry coating film formed using the composition of the Example was superior to that of the dry coating film formed using the composition of Comparative Examples 1, 2, and 4.
  • salt water spray resistance The salt water spray resistance of dried coating films formed with the paint compositions of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 was measured using the KS D 6711 salt water spray resistance test method. For measurement, rusting was confirmed by spraying 5% sodium chloride (NaCl) for 168 hours. As a result of the measurement, it was confirmed that rusting did not occur in the dry film formed using the compositions of Examples 1 and 2, and it was confirmed that rusting occurred in the dry film formed using the compositions of Comparative Examples 2 and 4.
  • Alkali resistance measurement The alkali resistance of the dried film formed with the paint composition of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 was measured using the KSM ISO 2812-1 test method. The measurement was performed by leaving the sample in a 5% sodium carbonate (Na2C03) aqueous solution for 72 hours to check whether immersion peeling occurred. As a result of the measurement, it was confirmed that there was no abnormality in the dry film formed using the compositions of Examples 1 and 2, and it was confirmed that peeling occurred in the dry film formed using the compositions of Comparative Examples 2 and 4.
  • Acid resistance measurement The acid resistance of the dried coating film formed with the paint composition of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 was measured using the KSM ISO 2812-1 test method. The measurement was performed by leaving the sample in a 5% hydrochloric acid (HCl) aqueous solution for 72 hours to check whether immersion peeling occurred. As a result of the measurement, it was confirmed that there was no abnormality in the dry film formed using the compositions of Examples 1 and 2, and it was confirmed that peeling occurred in the dry film formed using the compositions of Comparative Examples 2 and 4.
  • HCl hydrochloric acid
  • Hardness measurement The hardness of the dried film formed with the paint composition of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 was measured using the KS D 6711 pencil hardness measurement test method. It was confirmed whether each formed coating film was HB or higher. As a result of the measurement, it was confirmed that the dry film formed using the composition of the example had a hardness of HB, which confirmed that the hardness was superior to that of Comparative Examples 1 to 4.
  • the temperature difference (°C) compared to the unpainted surface represents the difference between the temperature of the unpainted surface (T A ) and the temperature of the painted surface (T B ) after 40 minutes.
  • a burner was fixed and ignited inside a square cylinder with an open top made of plastic with a width of 160 mm, a length of 210 mm, and a height of 210 mm.
  • One surface on which the dry coating film of Examples 1 and 2 was formed was sealed by covering the open upper surface so that the burner flame was in contact with the surface, and then the following temperatures and times were measured while the burner flame was sealed.
  • the initial extinguishing self-sensing temperature is measured using a digital thermometer when the microcapsule reacts when the burner flame contacts the surface.
  • the ratio of the total content of the first inorganic filler to the content of microcapsules is less than 1.5, so the purpose of suppressing the initial fire may be sufficiently achieved, but the heat dissipation performance is relatively poor compared to Examples 1 and 2. It was confirmed that it was falling. In the case of Comparative Example 2, the ratio of the total content of the first inorganic filler to the content of the microcapsules exceeded 3.5, so it was confirmed that the fire extinguishing effect of the initial fire was reduced.
  • the hardener part was included in an amount of 30% by weight or more based on the total weight of the paint composition, so that the functions of the coating film, such as insulation, adhesion, impact resistance, salt spray resistance, alkali resistance, and acid resistance, were reduced as shown in [Table 7]. The problem has been confirmed.
  • the coating film formed through the coating composition for heat dissipation and initial fire extinguishing of the present invention has excellent physical properties such as insulation, adhesion, impact resistance, salt spray resistance, alkali resistance, and acid resistance, and exhibits a thermal conductivity of 7 W/m ⁇ K or more. It can have excellent initial fire extinguishing performance along with heat dissipation performance.

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Abstract

본 발명은 (a) 열가소성 아크릴 수지, (b) 제1 무기충전제, (c) 제2 무기충전제 및 (d) 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함하는 주제부; 및 경화제부를 포함하여 리튬이온 전기자동차와 내연기관 자동차에 있어서 발생한 열을 보다 더 효과적으로 방열할 수 있고, 화재 발생시 초기화재에 대응할 수 있는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

전기자동차 리튬이온 배터리 및 내연기관 자동차 엔진룸의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물
본 발명은 전기자동차 리튬이온 배터리 및 내연기관 자동차 엔진룸의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 전기자동차 리튬이온 배터리와 내연기관 자동차 엔진룸에서 발생한 열을 효과적으로 방열하여 장치의 열화, 성능저하, 고장 및 수명단축 발생을 방지할 수 있고, 장치의 어느 한 곳에 열축적이 되는 것을 방지하여 화재발생 및 폭발을 방지할 수 있으며, 화재 발생 초기에 신속하게 소화하여 화재에 의한 위험성과 피해를 최소화 할 수 있는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 관한 것이다.
리튬이온 배터리에서 발생하는 240~400 볼트의 고전압으로 구동되는 전기자동차는 상기 배터리에서의 고출력 전기발생으로 전기자동차의 구동 시 또는 충전 시 배터리 셀, 모듈, 팩, 고전압 전장부품에서 높은 열이 발생한다.
내연기관 자동차의 경우 구동에 따라 엔진룸 내의 엔진, 라디에이터 등 각종 장치와 전기적 배선과 배기장치에서 높은 열이 발생하는데 발생한 열이 외부로 방출되지 못하고 어느 한 곳에 축적되어 과열되면 장비 이상으로 인한 오작동이 발생되고, 배터리와 부품과 장치들이 열화되어 변형되거나 파손되어 성능저하 및 수명이 단축되는 현상이 발생될 수 있고, 이로 인해 화재 및 화재로 인한 폭발 위험성 등 안전상 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 상기 장비들의 표면에 도포되는 도료 조성물은 고전압 전장부품과 장치를 포함한 리튬이온 배터리 시스템과 내연기관 자동차의 엔진, 라디에이터와 각종장치와 전기적 배선과 배기장치의 성능을 원활히 하면서 수명단축을 방지함으로써, 장비 내에 발생된 열이 어느 한 곳에 축적되지 않게 외부로 방출시킴으로써 적정온도 이하(예: 60℃ 이하)를 유지하게 하는 효율적인 방열 성능이 요구되고 있으며, 화재 발생 시에는 초기화재를 신속하게 소화시켜 위험성과 피해를 최소화 할 수 있는 초기화재 소화 성능도 요구되고 있다.
리튬이온 배터리의 셀, 모듈, 팩, 고전압 전장부품 및 디바이스에 있어서, 그리고 내연기관 자동차에 있어서 엔진, 라디에이터와 각종장치, 엔진룸 내벽 및 보닛하부 등에 있어서는 알루미늄, 냉연강판, 아연도금강판, 어느 전선피복재질, 구도막 등 다양한 재질이 사용될 수 있다.
따라서, 상기와 같은 다양한 재질의 표면에 적용될 수 있으면서도, 하도 도막과 중도 도막없이 적용이 가능하고, 방열 시스템의 구조적 변형이나 변화 없이 필요로 하는 부위에 1회 스프레이 도포하여 도막의 형태로 우수한 방열성능과 화재초기 소화성능의 도막을 얻을 수 있는 것도 요구된다.
또한, 선가공 후도장, 선도장 후가공의 적용이 가능할 수 있는 우수한 부착성, 가공성, 내식성, 내수성, 내화학성, 내후성을 갖추는 것, 200℃ 이상의 내열성능과 높은 전열효과(전열 내력)를 갖추는 것이 요구되며, 빠른 도막의 경화성(건조성)과 자연경화나 가열건조가 가능해야 한다.
본 발명에서는 고출력, 고전압 특징이 있는 전기자동차 리튬이온 배터리, 내연기관 자동차 엔진룸 또는 배기장치에서 발생된 열을 어느 한 곳에 축적되지 않게 하여 효율적으로 열을 방출시킬 수 있고, 화재 발생시에는 초기에 소화하여 재연소를 방지하여 화재확산과 폭발 방지를 통해 화재의 피해를 극소화 시킬 수 있는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시형태의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물은 주제부 및 경화제부를 포함하고, 상기 주제부는 (a) 열가소성 아크릴 수지, (b) 제1 무기충전제, (c) 제2 무기충전제 및 (d) 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함하고, 상기 (a) 열가소성 아크릴 수지, (b) 제1 무기충전제 및 (c) 제2 무기충전제의 중량 기준 혼합비는 (a) : (b)+(c) = 1 : 0.7 ~ 1 : 1이며, 상기 (d) 초기화재 소화용 마이크로 캡슐은 상기 주제의 중량을 기준으로 5~15 중량% 포함되며, 상기 경화제부는 상기 전체 도료 조성물 중량을 기준으로 15~30 중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 상기 (b) 제1 무기충전제 및 (c) 제2 무기충전제의 중량 기준 혼합비는 (b) : (c) = 2:1 ~ 4:1 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 상기 제1 무기충전제는 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄 중 선택되는 하나 이상 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 상기 제1 무기충전제는 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄을 포함할 수 있고, 상기 주제의 중량을 기준으로 20~30 중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 상기 제1 무기충전제는 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄을 포함할 수 있고, 상기 질화붕소는 평균 입경이 45~280㎛, 상기 탄화규소는 평균 입경이 10~40㎛, 상기 질화알루미늄은 평균입경이 30~80㎛ 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 상기 제2 무기충전제는 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 소성 실리카 및 마이크로 소성 인산아연 중 어느 하나 이상 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 상기 제2 무기충전제는 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 소성 실리카 및 마이크로 소성 인산아연을 포함할 수 있고, 상기 주제의 중량을 기준으로 5~10 중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐은 코어-쉘 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 코어부는 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 코어부상의 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)의 함량 비율은 1:3 내지 3:1 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 쉘부는 멜라민-요소-포름알데히드 수지 (Melamine-urea-formaldehyde resin)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 평균 입경은 60~80㎛ 일 수 있다.
본 발명에서는 주제부 및 경화제부를 포함하고, 상기 주제부에 포함되는 열가소성 아크릴 수지, 제1 무기충전제 및 제2 무기충전제의 중량 기준 혼합비를 조절하고, 초기화재 소화용 마이크로 캡슐 및 경화제부의 중량%를 조절한 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물을 제공하고, 이를 통해 발생된 열이 어느 한 곳에 축적되지 않게 효율적으로 외부로 방출시킬 수 있으면서 화재 발생 초기의 소화 및 재연소 방지를 통해 장비의 폭발을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물이 경화 건조되면서 이상적으로 형성할 수 있는 배터리 제품에 이용되는 방열 및 초기화재 소화용 도료 도막 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 배터리 제품에 이용되는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함된 마이크로 캡슐을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 배터리 제품에 이용되는 방열 및 초기화재 소화용 조성물을 건조 및 경화시킨 경화물을 이를 잘게 분쇄한 알갱이에 불꽃을 점화하고 소화시킬 때 시간별 상태를 나타낸 사진이다.
도 4는 N-H 마이크로 캡슐의 DSC곡선과 온도 변화에 따른 마이크로 캡슐 변화(SEM Image)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 배터리 제품에 이용되는 방열 및 초기화재 소화용 조성물의 건조도막의 온도 변화를 미도장면 표면의 온도 변화와 대비한 그래프를 나타낸 것이다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물은 리튬이온 배터리 셀 ·모듈·팩, 고전압 전장부품, 전기적 배선, 내연기관 자동차의 엔진, 보닛하부 등과 같은 각종 장치, 내연 기관의 배기장치에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물은 금속, 비철금속, 플라스틱, 전선 피복과 같은 거의 모든 재질에 구조적 변형을 일으키지 않으면서, 하도 및 중도 도막 없이 필요 부위에 도장하여 도막의 성능과 안정성을 유지시킬 수 있고, 장치의 수명 단축을 방지할 수 있다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물은 주제부 및 경화제부를 포함할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부에는 열가소성 수지가 포함될 수 있고, 이는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 바인더(binder)로서 기능할 수 있으며, 열가소성 아크릴 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐수지, 초산 비닐 수지, 폴리스티렌, ABS 수지 및 폴리우레아 수지 중 선택되는 하나 이상 일 수 있으며, 바람직하게는 열가소성 아크릴 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 주제부는 (a) 열가소성 아크릴 수지, (b) 제1 무기충전제, (c) 제2 무기충전제 및 (d) 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함할 수 있다.
상기 열가소성 아크릴 수지는 부착성, 내식성, 경도, 충격성, 내수성, 내화학성, 내구성, 내후성이 우수하며 스틸렌모노머, 메틸메타크릴, 부틸아크릴레이트모노머, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-하이드록실메타크릴레이트 및 폴리메타크릴레이트의 단량체 중 어느 하나 이상 일 수 있다.
상기 열가소성 아크릴 수지는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제의 중량을 기준으로 30~40 중량% 포함될 수 있는데, 30 중량% 미만일 경우 피도물 표면과의 밀착성 및 부착성이 저하되거나 도막의 내충격성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 40 중량%를 초과할 경우에는 도료 조성물의 경화된 도막의 경도가 약해지고 내후성 등의 물성이 저하되는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 주제부에는 폴리우레아 수지가 포함될 수 있고, 바람직하게는 폴리아스파틱우레아수지를 포함할 수 있다.
상기 폴리아스파틱우레아수지를 주제부에 포함시킬 경우, 본 발명의 경화제부에 포함될 수 있는 지방족 폴리이소시아네트와 결합하여 상온경화 및 가열 경화 시 경화시간이 빠르게 단축되는 효과를 나타낼 수 있으며, 경화 후에는 경화된 도막이 우수한 내열성, 경도, 신장성, 굴곡성, 내구성, 내후성, 내수성, 내마모성 등의 물리적 성질을 나타낼 수 있다.
상기 지방족 폴리이소시아네트와 결합하여 경화시간을 빠르게 단축할 수 있는 저점도 고형분이 높은 폴리아스파틱우레아수지로는 N,N-7-[메틸렌비스(2-메틸-4,1-사이클로헥산딜)]비스-,1,1',4,4'-테트라 에틸에스터에 디아민으로 사슬 연장시킨 지방족 폴리우레아; 에테르 아민; 및 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트를 결합시킨 폴리우레아 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 폴리우레아 수지는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제의 중량을 기준으로 6~10 중량% 포함될 수 있다.
상기 폴리우레아 수지가 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제의 중량을 기준으로 6 중량% 미만일 경우 내염수분무성, 내알칼리성, 내산성 등과 같은 도막의 내화학적 성질과 내충격성, 경도, 굴곡성, 신장성 등과 같은 도막의 물리적 성질이 저하될 수 있고, 도료 조성물의 건조시간이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
반대로 상기 폴리우레아 수지가 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제의 중량을 기준으로 10 중량%를 초과할 경우 도료 조성물의 건조시간은 짧아질 수 있겠으나, 도막의 열전도율이 낮아져 방열 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부에 포함되는 (b) 제1 무기충전제는 열전도성 물질로 배터리에서 발생하는 열을 방출하는 입자로 기능할 수 있는데, 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄 중 선택되는 하나 이상 일 수 있다.
상기 질화붕소의 열전도율은 350~450W/m·K, 상기 탄화규소의 열전도율은 200~300W/m·K, 상기 질화알루미늄의 열전도율은 170~320W/m·K 일 수 있는데, 상기 각 물질들의 열전도율이 하한치 미만일 경우에는 방열 효과가 미비하여 배터리에서 발생하는 열을 충분히 방출하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 질화알루미늄의 평균입경은 30~80㎛, 바람직하게는 40~60㎛, 상기 질화붕소의 평균 입경은 45~280㎛, 바람직하게는 65~210㎛, 상기 탄화규소의 평균 입경은 10~40㎛, 바람직하게는 20~30㎛ 일 수 있는데, 상기 각 물질들의 상한치를 초과할 경우에는 도료 제조 시 입도를 규격에 달성하기 위해서는 분산시간이 길어지게 되어 생산성이 저하될 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부에 포함되는 (b) 제1 무기충전제는 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄을 포함할 수 있으며, 상기 주제의 중량을 기준으로 20~30 중량% 포함할 수 있는데, 상기 주제의 중량을 기준으로 20 중량% 미만일 경우에는 방열 효과가 미비하여 배터리에서 발생하는 열을 충분히 방출하지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 30 중량%를 초과할 경우에는 도막의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기소화용 도료 조성물에 포함되는 (c) 제2 무기충전제는 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 소성 실리카 및 마이크로 소성 인산아연 중 어느 하나 이상 일 수 있다.
한편, 열가소성 아크릴 수지는 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 소성 실리카 및 마이크로 인산 아연 중 어느 하나 이상과 함께 사용되면, 제1 무기충전제를 통해 형성된 방열층(도막, 코팅층)의 경화과정에서 유기결합력이 다른 계열의 바인더 수지보다 약 20% 이상 강해질 수 있고, 이로 인해 하도나 중도 없이 방열층의 부착성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 금속, 비철금속, 플라스틱, 전선피복, 모든 구도막과 같은 재질에 대해서도 우수한 부착성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 소성 실리카 및 마이크로 인산 아연은 상기 열가소성 아크릴 수지와 동시에 사용되었을 때, 제1 무기충전제를 통해 형성된 방열층(도막) 형성 시 경화 과정에서, 각 성분 간의 강력한 유기결합에너지를 통해 매우 우수한 수준의 부착성 및 밀착성을 구현할 수 있고, 내구성, 내후성, 방청성, 자가정화성, 또한 크게 향상시킬 수 있다.
위와 같이, 제1 무기충전제를 포함하는 조성물이 경화되어 형성된 방열층은 피도물의 소재에 무관하게 매우 우수한 수준의 밀착성과 부착성을 나타낼 수 있고, 이로 인해 별도의 하도층이나 중도층이 불필요하고, 단일의 방열층 만으로도 충분한 방열 성능을 구현할 수 있으며, 매우 얇은 두께로도 충분한 방열 효과를 나타낼 수 있다.
이러한 우수한 방열 효과로 인하여, 본 발명의 방열층의 두께는 100 ㎛ 이하로 구성될 수 있으며, 이러한 초박(ultra-thin) 도막(방열층)으로도 종래의 방열층들보다 우수한 방열 효과를 나타낼 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명 조성물을 사용할 경우, 단위 면적당 도장되어야 할 방열 조성물의 중량이 크게 감소할 수 있고, 이로 인해 도장 시간을 단축시키고 비용을 절감시킬 수 있다.
아울러, 도막 형성 시 경화 과정에서, 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나 및 마이크로 인산 아연이 아크릴계 바인더와 결합하여 유기결합력이 다른 종류(계열)의 바인더들에 비해 약 20% 이상 강해지는 시너지 효과(synergy effect)가 발생하는 바, 전술한 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성이 현저하게 향상될 수 있다.
마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연은, 통상적인 마이크로파를 이용한 소성로를 이용하여 마이크로파를 조사하여 발열시킴으로써 제조될 수 있다. 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연은 낮은 열팽창률과 낮은 열충격성을 가짐으로써 방열층의 열화 및 수축 팽창을 억제할 수 있고, 동시에 우수한 방청 성능도 나타낼 수 있다. 바람직한 소성 온도는 약 700~1500 ℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 약 800~1200 ℃일 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 상기 제2 무기충전제는 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 소성 실리카 및 마이크로 소성 인산아연을 포함할 수 있는데, 상기 주제부의 중량을 기준으로 5~10 중량% 포함할 수 있다.
상기와 같은 함량범위내로 조절할 경우, 방열층의 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성이 더욱 향상된 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 상기 (b) 제1 무기충전제 및 (c) 제2 무기충전제의 중량 기준 혼합비는 (b) : (c) = 2:1 ~ 4:1 일 수 있는데, (c) 제2 무기충전제의 중량 기준으로 (b) 제1 무기충전제의 중량이 2배 미만일 경우에는 형성된 도막의 방열 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, (c) 제2 무기충전제의 중량 기준으로 (b) 제1 무기충전제의 중량이 4배를 초과할 경우에는 형성된 도막에서의 방열층의 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성이 저하되거나 물리적 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부에 포함되는 (a) 열가소성 아크릴 수지, (b) 제1 무기충전제 및 (c) 제2 무기충전제의 중량 기준 혼합비는 (a) : (b)+(c) = 1 : 0.7 ~ 1 : 1 일 수 있다.
상기와 같은 함량범위내로 조절할 경우, 제1 무기충전제를 포함하는 방열층의 방열 성능을 극대화 할 수 있는 효과와 동시에, 방열층의 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성이 더욱 향상된 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부에는 불소계 얼룩 방지제(Fluoro stain resistant additive)를 추가로 포함할 수 있다.
불소계 얼룩 방지제는 방열층에 발수성 및 발유성을 부여할 수 있어서, 방열층의 내구성을 향상시킬 수 있다. 불소계 얼룩 방지제는 불소기를 함유한 폴리우레탄, 불소기를 함유한 폴리아크릴 에멀젼 및 불소기를 함유한 폴리아크릴 변성우레탄 에멀젼 중 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 방열 조성물 전체 중량을 기준으로, 불소계 얼룩 방지제는 약 1~3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 중량범위로 포함될 경우, 도막의 발수성 및 발유성이 적절히 향상된다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부에는 증점제, 부식 억제제(corrosion inhibitor) 및 습윤분산 및 흐름방지제 중 선택되는 하나 이상을 더 포함될 수 있다.
증점제는 조성물의 점도 조절, 증점 및 칙소성 부여, 입자의 침강 방지, 재분산성 개선, 흐름성 개선 등과 같은 입자의 저장 안정성을 향상시킬 수 있다.
증점제는, 예를 들어, 하이드록시에틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose)일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부 중량을 기준으로, 약 0.5~1.5 중량%로 포함될 수 있다.
부식 억제제는 고온 다습한 환경에서도 부식을 최소화시킬 수 있고, 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부 중량을 기준으로, 약 0.1~1 중량%로 포함될 수 있다.
습윤분산제는 분산성을 높이고 안료의 침강을 방지하는 기능을, 흐름방지제는 도장할 때 수직면에서 도료의 흐름방지 기능을 하여 도장의 작업성을 높이는 역할을 하며, 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부 중량을 기준으로, 약 0.1~1 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부에는 불소계 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 불소계 계면활성제는 퍼플루오로 알킬기를 포함할 수 있으며, 전체 조성물 중량을 기준으로 0.1~1 중량% 포함될 수 있는데, 상기 중량%의 범위로 포함시킴으로써, 우수한 도막의 평활성을 부여할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부 또는 경화제부는 부틸 아세테이트를 포함할 수 있다.
상기 주제부 또는 경화제부에 포함되는 부틸 아세테이트는 점도 및 건조속도 조절, 도막의 평활성 유지 기능 등을 하며, 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 경화제부 중량을 기준으로 15~25 중량%로 포함될 수 있는데, 15 중량% 미만으로 포함될 경우 조성물의 점도가 높아져 작업성이 불량해지거나 도막의 평활성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있고, 25 중량%를 초과하여 포함될 경우 조성물의 점도가 지나치게 낮아져 도장시 도막이 흘러내리고 도막이 얇아지는 등 도막형성에 문제가 발생 할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부 또는 경화제부는 에틸 아세테이트를 포함할 수 있다.
상기 주제부 또는 경화제부에 포함되는 에틸 아세테이트는 점도 및 건조속도 조절, 도막의 평활성 유지 기능 등을 하며, 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 경화제부 중량을 기준으로 15~25 중량%로 포함될 수 있는데, 15 중량% 미만으로 포함될 경우 조성물의 점도가 높아져 작업성이 불량해지거나 도막의 평활성이 문제가 발생할 수 있고, 25 중량%를 초과하여 포함될 경우 조성물의 점도가 지나치게 낮아져 도장시 도막이 흘러내리고 도막이 얇아지는 등 도막형성에 문제가 발생 할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 경화제부는 25℃에서의 점도가 200~300cps이고, 분자 내의 이소시아네이트 관능기(-NCO)의 함량이 10~20 중량%인 저점도의 지방족 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 지방족 폴리이소시아네이트는 헥사메틸렌디이소시아네이트((CH2)6(NCO)2)가 사용될 수 있다.
상기 경화제부에 포함되는 지방족 폴리이소시아네이트는 도막의 경화촉진 기능을 하며, 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 경화제부 중량을 기준으로 45~55 중량%로 포함될 수 있는데, 45 중량% 미만으로 포함될 경우 도막의 낮은경도 문제가 발생할 수 있고, 55 중량%를 초과하여 포함될 경우 도막의 유연성의 문제가 발생할 수 있다.
상기 경화제부는 상기 전체 도료 조성물 중량을 기준으로 15~30 중량% 포함될 수 있는데, 15 중량% 미만으로 포함될 경우 도료 조성물이 충분히 경화되지 않아 도막의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 30 중량%를 초과하여 포함될 경우 경화된 도막의 경도가 지나치게 높아지게 되어 도막이 쉽게 깨어질 수 있으며, 도막의 유연성 및 부착성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
도 1은 본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물이 경화 건조되면서 형성된 도막의 이상적인 상태를 단면도를 나타내는 도면이다.
도 1(a)는 초기화재 소화용 N-H 마이크로 소화캡슐(10), 제1 무기충전제(20), 제2 무기충전제(30)를 포함하는 조성물을 피도물(40)에 도포하여 경화 건조되기 전의 이상적인 상태를 나타낸 것이다.
도 1(b)는 상기의 입자들이 이상적으로 형성할 수 있는 층구조를 나타낸 것으로, 각각 순차적으로 형성한 초기소화용 마이크로 캡슐층(10a), 방열 성능이 있는 제1 무기충전제 방열층(20a), 제2 무기충전제를 포함하는 하도층(30a)을 나타낸 것이다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물은 경화하면서 초기화재 소화용 마이크로 캡슐층(10a)이 도막의 최상부에, 그 아래에 방열 성능이 있는 제1 무기충전제를 포함하는 방열층(20a), 제2 무기충전제를 포함하는 하도층(30a)이 배열될 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물은 경화 건조되면서, 초기소화용 마이크로캡슐층(10a)이 도막의 최상부에 형성될 수 있는데, 이는 본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 마이크로 캡슐의 70% 이상이 도막의 최상부에 위치하여 초기소화용 마이크로캡슐층(10a)이 형성되었음을 의미할 수 있으며, 상기와 같이 마이크로 캡슐의 많은 양이 도막의 최상부에 위치함으로써, 화재 발생시 초기 화재를 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물은 경화 건조되면서, 비중 차이에 의해, 제1 무기충전제 입자는 상대적으로 마이크로 캡슐층의 하부에 배치될 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물은 경화하면서 마이크로캡슐층(10a)의 하부에 방열 성능이 있는 방열층(20a)을 형성할 수 있는데, 이는 본 발명의 수성도료 조성물에 포함되는 제1 무기충전제 입자의 70% 이상이 마이크로캡슐층(10a)의 하부에 위치하여 방열 성능이 있는 방열층(20a)이 형성되었음을 의미할 수 있으며, 상기와 같이 제1 무기충전제 입자의 많은 양이 마이크로캡슐층(10a)의 바로 하부에 위치함으로써, 초기 화재를 진압할 수 있는 기능을 나타내면서도 향상된 열전도율을 달성할 수 있다.
제1 무기충전제를 포함하는 방열층(20a)은 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄 중 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 열전도율이 서로 다른 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄으로 구성되는 제1 무기충전제가 혼합되어 구성될 수 있으며, 상기와 같은 혼합을 통해 열전도도가 0.15~0.21W/m·K인 폴리머 복합체로 이루어진 도막의 열전도도가 7W/m·K로 극대화됨으로써 상기 도막을 통해 피도물에서 발생한 열이 외부로 매우 신속하게 방출될 수 있다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함될 수 있는 질화붕소 열전도도는 350~450W/m·K, 탄화규소의 열전도율은 200~300W/m·K, 질화알루미늄의 열전도도는 170~320W/m·K일 수 있고, 제조공정상 상기 탄화규소, 질화붕소 및 질화알루미늄 입자들이 도막내 방열층을 형성하는 조성물의 입도는 30㎛~40㎛로 제조될 수 있다.
상기와 같이 서로 다른 높은 열전도도를 가지는 질화붕소, 탄화규소 및 질화 알루미늄이 서로 혼합되고, 도막내 방열층을 형성하는 조성물의 입도가 상기의 범위로 한정되면서, 열전도도가 작은 쪽에서 큰 쪽으로 열의 이동량이 많아지는 열교현상(heat bridge)이 극대화되어 도막의 방열 성능이 크게 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 포함되는 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 일 단면을 나타내는 도면이다.
본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에는 초기화재 소화를 위한 소화용 마이크로 캡슐이 포함될 수 있는데, 상기 소화용 마이크로 캡슐은 도 2에 도시된 바와 같이, 코어-쉘 구조를 포함한 형태로 구성될 수 있다.
코어-쉘 구조로 이루어진 본 발명 마이크로 캡슐의 경우, 마이크로 캡슐 내의 물질인 소화 조성물을 외부로 배출시켜 화재를 초기에 소화하는 용도로 사용된다.
구체적으로, 화재 발생 시 소화 조성물이 열에 의해 기화되어 팽창될 수 있으나, 상기 쉘 부의 내구성 및 기밀성에 의해 반응(파열, 누출)하지 않고 있다가, 화재 시 120~220℃ 온도를 자가감응하여 터지며 기화된 소화 조성물이 화염에 직접 분사 작용하여, 연소의 4조건인 연료(가연물), 산소(공기), 열(발화원), 연쇄반응 중, 열(발화원)과 연쇄반응을 끊어주어 화재를 소화할 수 있으며, 15초 이내에 800℃에서 30℃로 냉각시켜 재연소를 억제할 수 있다.
이러한 본 실시예에 따른 마이크로 캡슐은 내부에 폐공간이 형성된 마이크로 크기의 쉘 부와, 쉘 부의 내측에 위치하는 코어부 상의 소화 조성물을 포함한다.
쉘부는 화재 발생 시 열폭주로 120~220℃에 도달하면 이 온도를 감지(자가 온도 감응)해서 8초내에 녹아 터져 코어내의 소화물질이 분사되어 초기에 화재를 소화할 수 있는 열가소성 수지로 형성할 수 있다. 그리고 15초 이내에 800℃에서 30℃로 냉각시켜 재연소를 억제할 수 있다.
구체적으로, 상기 쉘 부는 온도 반응에 의한 역할을 수행하기 위하여, 비다공성 고분자 중합체로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어서, 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 아미노알데히드 수지, 멜라민 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌-아크릴레이트 공중 합체 수지, 스티렌-메타 크릴레이트 공중합체 수지, 젤라틴, 폴리비닐알코올, 페놀포름알데이드 수지 및 레소시놀 포름알데히드 수지에서 선택된 하나 이상을 포함하여 제공될 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 쉘 부는 멜라민-요소-포름알데히드 수지 (Melamine-urea-formaldehyde resin)를 포함하도록 구성될 수 있는데, 상기 멜라민-요소-포름알데히드 수지는 온도 감응이 민감한 특성을 가지는 바, 120~220℃범위 온도에서 민감하게 자가 감응하여 쉘부가 파괴되어 소화물질이 분사되게 함으로써 우수한 초기화재의 소화 효과를 얻을 수 있다.
상기 쉘 부는 마이크로 캡슐의 외형을 형성한다.
한편 본 실시예에서는 쉘 부가 구형으로 형성되는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 쉘 부는 튜브 형태로 형성될 수 있으며, 튜브 형태의 쉘 부 내부의 폐공간에 소화 조성물이 내장될 수 있다.
쉘 부의 내측에 존재하는 코어부에는 소화 조성물이 포함될 수 있다.
상기 본 발명의 소화조성물은 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)는 쉘의 내부에서의 저장안정성이 뛰어나며, 쉘 외부로 방출 시 효과적인 분사효율을 나타낼 수 있다.
한편, 상기 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)는 1:3~3:1의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논 대 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 비율이 1:3 미만일 경우에는 소화능력 및 쉘의 코어 내 소화물질의 저장 안정성에 문제가 발생할 수 있으며, 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논 대 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 비율이 3:1 초과일 경우 쉘 코어 내 소화물질의 재연소 방지 효과가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 소화용 마이크로 캡슐의 입경은 60~80㎛로 조절되는 것이 바람직하다.
상기 마이크로 캡슐의 입경이 60㎛ 미만일 경우, 캡슐의 입경이 작아져 피도물 표면의 특정 부위에 도포시키는 공정상에 어려움이 있을 수 있으며, 반대로 80㎛를 초과할 경우 단위 중량당 표면적이 작아져 온도 변화에 따른 빠른 반응성을 나타내지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제의 중량을 기준으로, 상기 소화용 마이크로 캡슐의 함량은 5~15 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
이러한 함량범위내로 조절될 경우, 방열층의 방열효과를 비롯하여, 내후성, 내구성, 내열성, 내오염성 등의 물성이 최적으로 조절될 수 있는데, 5 중량% 미만일 경우 초기 소화 효과가 미비해지는 문제가 발생할 수 있고, 15 중량%를 초과하여 포함될 경우 점도의 상승 등으로 도장 작업성이 나빠지고 건조 도막의 내구성이 저하되며, 제조 원가의 측면에서 부적절 할 수 있다.
특히, 상기 소화용 마이크로 캡슐의 함량과 방열을 위한 제1 무기충전제의 함량을 적절히 조절함으로써, 초기화재의 소화라는 새로운 효과를 가지면서도 방열 성능을 우수하게 유지할 수 있는 조성물을 제조할 수 있다.
특히, 상기 소화용 마이크로 캡슐의 함량 : 제1 무기충전제의 총 함량을 1:1.5 ~ 1:3.5으로 조절할 수 있는데, 마이크로 캡슐의 함량 대비 제1 무기충전제의 총 함량의 비율이 1.5 이하일 경우 경화 후 건조 도막의 상부에 위치하는 마이크로 캡슐의 양이 지나치게 많아져 초기화재 진압의 목적은 충분히 달성될지 모르지만 방열 성능이 상대적으로 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 3.5 이상일 경우 건조도막의 상부에서 마이크로 캡슐이 형성하는 층이 얇아지고 제1 무기충전제 입자가 마이크로 캡슐이 형성하는 층과 혼합되는 비율이 많아져 초기화재의 소화 효과가 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
다시 말해서, 상기의 소화용 마이크로 캡슐의 함량 : 제1 무기충전제의 총 함량의 비율을 조절함으로써, 약 7W/m·K 이상의 열전도율을 보이는 방열 성능과 동시에 우수한 초기화재 소화 성능을 가지는 건조도막을 형성할 수 있다.
상기의 소화용 마이크로 캡슐 함량 : 제 1 무기충전제의 총량 비율을 조절을 통해 7W/m·K 이상의 열전도율을 나타낼 수 있는 것은 구체적인 실험을 통해 확인될 수 있다.
예를 들어 도료가 도장되는 피도물이 가로 150mm, 세로 70mm, 두께 1.2mm인 철판이라 하면, 상기 피도물을 도장하지 않은 상태에서 열원으로 일정시간 동안 가열시키면서 표면(미도장면)의 온도 범위를 측정하고, 상기 피도물에 두께 100㎛인 건조도막을 형성한 상태에서 상기와 동일한 열원으로 일정시간 동안 가열시키면서 표면(도장면)의 온도 범위를 측정할 수 있다.
이때, 상기 미도장면의 온도는 가열시간이 40~90분인 범위에서 65~75℃로 측정될 수 있고, 상기 도장면의 온도는 가열시간이 40~90분인 범위에서 55~60℃로 측정될 수 있는데, 이는 동일한 가열시간에서의 온도의 차이가 10~15℃인 것으로, 미도장면에 비하여 도장면의 방열성능이 현저하게 뛰어난 것을 나타내는 것이다.
따라서, 상기와 같이 소화용 마이크로 캡슐의 함량과 방열을 위한 제1 무기충전제의 함량이 적절히 조절되고, 경화 건조 후 도막이 상기와 같은 층을 형성함으로써, 초기화재 소화라는 새로운 효과를 가지면서도 방열 성능이 우수하게 유지되는 조성물을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물을 건조 및 경화시킨 경화물을 이를 잘게 분쇄한 알갱이에 불꽃을 점화하고 소화시킬 때 시간별 상태를 나타낸 실제 사진으로, 여기에서 3a는 점화 전(0초), 3b는 4초 후, 3c는 8초 후, 3d는 15초 후의 상태를 나타낸다.
점화 후 8초까지는 상기 알갱이가 연소되어 발화되다가 8초 이후 차츰 소화되어 15초 후 완전 소화된 경향을 보이는데, 이는 조성물에 포함되어 있던 마이크로 캡슐의 쉘부가 화재 발생 시 열폭주로 120~220℃에 도달하여 이 온도를 감지(자가 온도 감응)해서 8초 내에 녹아 터져 코어내의 소화물질이 분사되고, 소화물질이 15초 이내에 800℃에서 30℃로 냉각시켜 재연소를 억제할 수 있으므로 상기와 같은 경향을 보이는 것으로 볼 수 있다.
도 4는 N-H 마이크로 캡슐의 시차주사 열량분석(DSC, Differential Scanning Calorimetry) 곡선 및 온도 변화에 따른 마이크로 캡슐 변화(SEM Image)를 나타내는 도면이다.
72℃ 부근에서는 마이크로 캡슐이 구형으로 존재하고 있으나, 150℃ 부근에서는 온도 감응을 하여 쉘부가 파열된 형태로 존재하는 것을 확인함으로써, 120~220℃감응온도 범위에서는 코어내의 소화물질이 분사될 수 있는 것을 알 수 있었다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해서 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 배터리 제품에 이용되는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 주제부의 구성물질 및 기능 또는 특성은 하기의 [표 1], 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물의 경화제부의 구성물질 및 기능 또는 특성은 하기의 [표 2], 주제부의 실시예 1, 2 및 비교예 1~3의 조성비는 하기의 [표 3], 경화제부의 실시예 1, 2 및 비교예 1~3의 조성비는 하기의 [표 4]에 각각 기재되어 있다.
NO 주제부 구성물질 기능 또는 특성
1 부틸아세테이트 점도 및 건조속도 조절
도막의 평활성 유지
2 에틸아세테이트 점도 및 건조속도 조절
도막의 평활성 유지
3 불소계 계면활성제(제품명: 3M FC-4430) 분산 및 레벨링(levelling) 용도
4 습윤분산 및 흐름방지제(제품명: SYNTHRO PON 77SB) 안료의 침강방지
5 열가소성 아크릴 수지(제품명: AC-4120) 바인더 역할
비휘발분(non-volatile material, NVM)의 함량 : 48%
6 에폭시실란 유기 및 무기소재의 부착력 증진
7 질화붕소(BN, 보론 니트라이드)(제품명: 3M BNCF flake CFF200-15) 열전도율: 400W/m·K
평균입경: 55㎛
8 탄화규소(SiC, 실리콘카바이드)(제품명: PLUS.A.C.T) 열전도율: 250W/m·K
평균입경: 25㎛
9 질화알루미늄(AIN, 알루미늄니트라이드) 열전도율: 275W/m·K평균입경: 45㎛
10 소성 마이크로 알루미나 소지와 밀착성 및 부착성 향상
피막형성력 향상
11 소성 마이크로 실리카 소지와 밀착성 및 부착성 향상
피막형성력 향상
12 마이크로 인산아연 방청성, 밀착성, 내구성 향상
13 무독성 방청안료 피도물 표면의 부식 방지
14 증점제 도료의 점성을 증가시킴
15 소포제 거품을 제거휘발성 유기화합물(VOC) 미포함
16 표면평활제 표면 부식 방지
17 불소계 얼룩저항성 첨가제 발수, 발유 및 도막내구성 증가 용도
18 부식억제제 피도물 표면의 부식 방지
19 폴리아스파틱폴리우레아수지 지방족 폴리이소시아네트와 결합하여 경화시간을 빠르게 단축시킬 수 있고, 경화 후에는 경화된 도막의 물리적 성질이 향상됨
20 초기화재소화용 N-H-microcapsule 초기화재 발생시 열폭주로 120℃℃에 도달하면 온도를 감지하여 쉘(shell)이 깨져 초기화재 확산을 억제하기 위해 8초내에 소화물질이 확산되고 15초내에 800℃에서 30℃로 냉각시키고 재연소를 억제
NO 경화제부 구성물질 기능 또는 특성
1 아사히카세이 무황변 지방족 폴리이소시아네이트(aliphatic polyisocyanate, MFA-75X) 도막 경화 기능
25℃에서의 점도가 200~300cps이고, 분자 내의 이소시아네이트 관능기(-NCO)의 함량이 10~20 중량%인 헥사메틸렌디이소시아네이트
2 에틸 아세테이트(ethyl acetate) 점도 및 건조속도 조절
도막의 평활성 유지
3 부틸 아세테이트(butyl acetate) 점도 및 건조속도 조절도막의 평활성 유지
4 톨루엔(toluene) 점도 및 건조속도 조절도막의 평활성 유지
(단위: g)
NO 주제부의 구성물질 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
1 부틸아세테이트 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7
2 에틸아세테이트 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7
3 불소계 계면활성제 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
4 습윤분산 및 흐름방지제 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
5 열가소성 아크릴 수지 36 33.3 45.5 27.9 38.6 36
6 에폭시실란 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
7 질화붕소 9 10 4 13 9 9
8 탄화규소 9 10 4 13 9 9
9 질화알루미늄 8 9 3 12 8 8
10 소성 마이크로 알루미나 2.7 2.6 4.4 2.6 2.7 2.7
11 소성 마이크로 실리카 2.7 2.6 4.4 2.6 2.7 2.7
12 마이크로 인산아연 2.7 2.6 4.4 2.6 2.7 2.7
13 무독성 방청안료 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7
14 증점제 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9
15 소포제 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
16 표면평활제 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
17 불소계 얼룩저항성 첨가제 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9
18 부식억제제 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
19 폴리아스파틱폴리우레아수지 8.6 8.6 9 5 12 8.6
20 초기화재소화용 N-H-microcapsule 9 9 9 9 3 9
100 100 100 100 100 100
(단위: g)
NO 경화제부의 구성물질 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
1 아사히카세이 무황변 Aliphatic polyisocyanate (MFA-75X) 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 25
2 에틸 아세테이트(Ethyl Acetate) 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 9
3 부틸 아세테이트(Butyl Acetate) 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 9
4 톨루엔(Toluene) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 7
25 25 25 25 25 50
[실시예 1]1. 고속 탱크믹서에 상기 [표 1]의 구성물질 1 ~ 4를 배합비에 맞게 계량하여 투입하고, 임펠라 지름이 33cm인 15HP 무단변속 교반기를 통해 300rpm의 속도로 5분간 교반하였다.
2. 상기 1의 교반 과정을 진행하고, [표 1]의 구성물질 5의 1/5에 해당하는 양을 투입한 후 500rpm으로 교반속도를 올리면서 계속 교반하며, 나머지 양을 투입하여 10분간 500rpm으로 계속 교반하고, [표 1]의 구성물질 6을 투입하여 10분간 교반하였다.
3. 상기 2의 교반 과정을 계속 진행하면서, [표 1]의 구성물질 7을 투입하여 혼합이 됨을 확인하고, 교반속도를 600rpm으로 올려서 10분간 교반하였다.
4. 상기 3의 교반 과정을 계속 진행하면서, [표 1]의 구성물질 8을 서서히 투입하여 혼합이 됨을 확인하고, 교반속도를 700rpm으로 올려서 [표 1]의 구성물질 10~14를 순차적으로 서서히 투입하여 혼합이 됨을 확인한 후 900rpm으로 교반 속도를 올린 후 60분간 교반하였다.
5. 상기 4의 교반 속도를 600rpm으로 낮추고, [표 1]의 구성물질 19의 약 1/2에 해당하는 양을 투입한 후 20분간 교반하였다.
6. 유리판상 60㎛ 어플리케이터를 이용하여 파티클(particle)이 없는 도막의 균일한 상태를 확인하였다.
7. 순환식 비드 밀(bead mill) 기구에 직경 1mm인 지르코니아 비드를 50%까지 충전하고 입도는 30㎛ 이하로 순환 분산시켰다.
8. 상기 7의 순환 분산 과정을 거친 후, 입도계로 30㎛ 이하인 입자상태를 확인하였고, 유리판상 60㎛ 어플리케이터를 이용하여 파티클(particle)이 없는 도막의 균일한 상태를 확인하였다.
9. 상기 8의 단계를 거쳐 균일한 상태를 확인한 별도의 용기에 분산된 밀 베이스(mill-base)를 받아 600rpm으로 교반하면서, [표 1]의 구성물질 16~18을 분산된 밀 베이스(mill-base)에 순차적으로 서서히 투입하여 600rpm으로 10분간 교반하였다.
10. 상기 9의 교반 과정을 계속 진행하면서, [표 1]의 구성물질 19의 약 1/4에 해당하는 양을 투입한 후 10분간 교반하였다.
11. 상기 10의 교반 과정을 거친 후, 60㎛ 어플리케이터를 이용하여 파티클(particle)이 없는 도막의 균일한 상태를 확인하였다.
12. 상기 11의 교반 속도를 300rpm으로 낮추고, [표 1]의 구성물질 19의 약 1/4에 해당하는 양을 투입한 후 20분간 교반하였다.
13. 상기 12의 교반과정을 계속 진행하면서 [표 1]의 구성물질 15를 투입하고 10분간 교반하였다.
14. 유리판상 90㎛ 어플리케이터를 이용하여 파티클(particle)이 없는 도막의 균일한 상태 및 소포상태를 확인하여 주제부를 제조하였다.
15. 고속 탱크믹서에 상기 [표 2]의 구성물질 1 ~ 4를 배합비에 맞게 계량하여 투입하고, 임펠라 지름이 33cm인 15HP 무단변속 교반기를 통해 300rpm의 속도로 10분간 교반하였다.
16. 상기 15의 교반 과정을 거친 후, 60㎛ 어플리케이터를 이용하여 파티클(particle)이 없는 도막의 균일한 상태를 확인하여 경화제부를 제조하였다.
17. 상기 14에서 제조된 주제부 및 상기 16에서 제조된 경화제부를 혼합하고 300rpm의 속도로 20분간 교반하여 도료 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 [표 1]의 구성물질 3~5, 구성물질 7~14, 구성물질 17~19의 조성비를 달리하여 상기 실시예 1의 1~17 단계를 수행하였다.
[비교예 1]
상기 [표 1]의 구성물질 5 및 구성물질 7~12의 조성비를 달리하여 상기 실시예 1의 1~17 단계를 수행하였다.
[비교예 2]
상기 [표 1]의 구성물질 5 및 구성물질 7~9의 조성비를 달리하여 상기 실시예 1의 1~17 단계를 수행하였다.
[비교예 3]
상기 [표 1]의 구성물질 5 및 구성물질 20의 조성비를 달리하여 상기 실시예 1의 1~17 단계를 수행하였다.
[비교예 4]
상기 [표 2]의 구성물질 1~4의 조성비를 달리하여 상기 실시예 1의 1~17 단계를 수행하였다.
[시험예] 건조시간 및 성능 측정
<건조도막 형성>
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 도료 조성물을 아크릴 우레탄 희석제를 통해 희석하고, 하기의 [표 5]의 건조도막 형성 조건에 따라 가로 70mm, 세로 150mm, 두께 1.2mm 철판에 도장하여 건조시켰다.
건조도막 형성조건 단위 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
주제 및 경화제 중량비
주제 : 경화제		 - 4:1 4:1 4:1 4:1 4:1 2:1
도장기구 - 붓 붓 붓 붓 붓 붓
하도 및 중도 - 필요
없음		 필요
없음		 필요
없음		 필요
없음		 필요
없음		 필요
없음
도장횟수 회 1 1 1 1 1 1
<건조시간 측정>하기의 [표 6]은 상온 건조시간 및 가열 건조시간을 나타낸 것이다.
지촉 건조시간은 25℃(상온)에서 손가락으로 가볍게 대었을 때 접착성은 있으나 도료가 손가락에 묻지 않는 상태까지의 시간을 측정한 것이고, 경화건조는 도막면을 기준으로 수직으로 힘을 가하였을 때, 형성된 도막이 늘어나거나 주름이 생기는 등 이상이 발생하지 않는 상태까지의 시간을 측정한 것이다.
상기 지촉건조 및 경화건조 시간은 하기 [표 6]과 같이 각 실시예 및 비교예에서 다르게 측정되었다.
가열 건조시간은 60℃에서 건조시키고 도막면을 기준으로 수직으로 힘을 가하였을 때, 형성된 도막이 늘어나거나 주름이 생기는 등 이상이 발생하지 않는 상태까지의 시간을 측정한 것이다.
상기 가열 건조시간은 하기 [표 6]과 같이 각 실시예 및 비교예에서 다르게 측정되었다.
건조도막 형성조건 단위 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
상온
건조시간
(25℃)		 지촉
건조시간		 분 4 4 4 15 4 4
경화
건조시간		 분 50 50 50 85 50 40
가열 건조시간(60℃) 분 20 20 20 40 20 20
상기 비교예 2의 경우에는 주제의 전체 중량 대비 폴리우레아 수지가 6 중량% 미만으로 포함됨으로써, 실시예와 비교하여 도료 조성물의 상온 건조시간 및 가열 건조시간이 증가되는 것을 확인하였다.상기 비교예 3의 경우에는 주제의 전체 중량 대비 폴리우레아 수지가 10 중량%를 초과하여 포함됨으로써, 실시예와 비교하여 상온 건조시간 및 가열 건조시간의 변화는 없었지만, 하기에서 측정되는 도막의 열전도도가 실시예와 비교하여 볼 때 떨어지는 것을 확인하였다.
<건조도막 성능 측정>
상기의 실시예 1, 2 및 비교예의 1~4의 조성물의 건조과정을 통해 형성된 건조도막의 각 성능을 하기의 방법에 따라 측정하였다.
1. 열전도도 측정: 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 도료조성물로 형성된 건조도막을 THERMTEST INSTRUMENTS 사의 모델명 THW-L1 액체 전용 열전도도 측정기를 사용하여 측정하였다. 측정 결과, 실시예 1, 2의 조성물을 통해 형성한 건조도막의 열전도도는 비교예의 1~4의 조성물을 통해 형성한 건조도막의 열전도도와 대비하여 볼 때 뛰어난 방열성능을 나타냄을 확인할 수 있었다.
2. 미도장 대비 온도차 측정: 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 도료조성물로 형성된 건조도막을 핫플레이트(hot plate), 온도센서 및 온도측정기를 이용하여 시간에 따른 온도 변화를 측정하였다. 구체적으로는 도장면과 미도장면의 표면에 온도센서를 부착하고, 데이터 로거를 포함하는 온도측정기에 연결하여 100℃까지 상승되어 100℃가 지속적으로 유지되고 있는 핫플레이트(hot plate)에 올려놓고 60분까지는 5분 간격으로, 90분까지는 10분 간격으로 미도장면과 도장면의 온도차를 측정하였다.
실시예 1의 측정 결과는 [표 7], 실시예 2의 측정결과는 [표 8]과 같았으며, 도 5의 (a), (b)는 각각 실시예 1, 실시예 2의 측정결과를 그래프로 나타낸 것이다.
시간
(분)		 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80 90
TA 30.2 35.4 42.6 49.1 56.3 61.5 63.4 65.2 68.6 70.1 71.0 71.5 72.3 73.0 73.6
TB 29.3 32.6 37.1 42.7 49.4 54.1 55.2 56.2 58.5 59.1 59.0 59.2 59.3 59.5 59.7
△T 0.9 2.8 5.5 6.4 6.9 7.4 8.2 9.0 10.1 11.0 12.0 12.3 13.1 13.5 13.9
TA: 미도장면의 온도
TB: 도장면의 온도
△T: 미도장면의 온도(TA) - 도장면의 온도(TB)
시간
(분)		 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80 90
TA 30.2 35.4 42.6 49.1 56.3 61.5 63.4 65.2 68.6 7 0.1 71.0 71.5 72.3 73.0 73.6
TB 29.4 32.6 37.2 42.8 49.5 54.2 55.4 56.2 58.6 59.2 59.1 59.2 59.3 59.5 59.7
△T 0.8 2.8 5.4 6.3 6.8 7.3 8.0 9.0 10.0 10.9 11.9 12.3 13 13.5 13.9
TA: 미도장면의 온도
TB: 도장면의 온도
△T: 미도장면의 온도(TA) - 도장면의 온도(TB)
실시예 1 또는 2의 조성물로 형성한 건조도막을 통해 40분 이후에 확인된 △T의 범위는 9~14℃로, 비교예의 1~4의 조성물을 통해 형성한 건조도막을 통해 40분 이후에 확인된 △T의 범위와 대비할 때 온도차이가 더욱 커졌음을 확인하여 뛰어난 방열성능을 나타냄을 확인할 수 있었다.3. 절연내력 측정: ASTM D-149 시험방법을 통해 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 도료조성물로 형성된 건조도막의 절연내력을 측정하였다. 측정결과, 실시예의 조성물을 통해 형성한 건조도막의 절연내력은 비교예의 1~4의 조성물을 통해 형성한 건조도막의 절연내력과 대비하여 볼 때, 실시예의 건조도막이 고전압에서 절연파괴 되지 않음을 확인할 수 있었다.
4. 부착성(밀착성) 측정: ASTM D 3359 시험방법을 통해 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 도료조성물로 형성된 건조도막의 부착성(밀착성)을 측정하였다. 측정결과, 실시예의 조성물을 통해 형성한 건조도막의 부착성이 비교예의 1, 2, 4의 조성물을 통해 형성한 건조도막의 부착성보다 뛰어남을 확인할 수 있었다.
5. 내충격성 측정: 두폰식 충격시험기를 사용하였으며, 시험기의 하부에 실시예 1, 2의 도료조성물로 형성된 건조도막을 각각 거치한 뒤 500g의 추를 30cm 위에서 낙하시켜 도막이 파괴되는지를 시험하였다. 비교예 1~4의 도료조성물로 형성된 건조도막도 상기와 같은 방법으로 시험하였다. 측정결과, 실시예 1, 2의 조성물을 통해 형성한 건조도막의 충격성이 비교예의 2, 4의 조성물을 통해 형성한 건조도막의 충격성보다 뛰어남을 확인할 수 있었다.
6. 내염수분무성 측정: KS D 6711 내염수분무 시험방법을 통해 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 도료조성물로 형성된 건조도막의 내염수분무성을 측정하였다. 측정은 5%의 염화나트륨(NaCl)을 168시간 동안 분무하여 발청여부를 확인하였다. 측정결과, 실시예 1, 2의 조성물을 통해 형성한 건조도막은 발청이 발생하지 않았음을 확인하였고, 비교예 2, 4의 조성물을 통해 형성한 건조도막은 발청이 발생하였음을 확인하였다.
7. 내알칼리성 측정: KSM ISO 2812-1 시험방법을 통해 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 도료조성물로 형성된 건조도막의 내알칼리성을 측정하였다. 측정은 5% 탄산나트륨(Na₂C0₃) 수용액에서 72시간 동안 방치하여 침적박리의 여부를 확인하였다. 측정결과, 실시예 1, 2의 조성물을 통해 형성한 건조도막은 이상없음을 확인하였고, 비교예 2, 4의 조성물을 통해 형성한 건조도막은 박리현상이 발생하였음을 확인하였다.
8. 내산성 측정: KSM ISO 2812-1 시험방법을 통해 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 도료조성물로 형성된 건조도막의 내산성을 측정하였다. 측정은 5% 염산(HCl) 수용액에서 72시간 동안 방치하여 침적박리의 여부를 확인하였다. 측정결과, 실시예 1, 2의 조성물을 통해 형성한 건조도막은 이상없음을 확인하였고, 비교예 2, 4의 조성물을 통해 형성한 건조도막은 박리현상이 발생하였음을 확인하였다.
9. 경도 측정: KS D 6711 연필경도 측정 시험방법을 통해 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 도료조성물로 형성된 건조도막의 경도를 측정하였다. 각 형성 도막이 HB 이상인지 여부를 확인하였다. 측정결과, 실시예의 조성물을 통해 형성한 건조도막은 경도가 HB인 것을 확인하여 비교예 1~4보다 경도가 뛰어남을 확인하였다.
하기의 [표 9]는 상기의 성능항목들을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 여기에서 미도장 대비 온도차(℃)는 40분 이후의 미도장면의 온도(TA)와 도장면의 온도(TB)의 차이를 나타낸 것이다.
NO 성능항목 성 능
실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
1 열전도도(W/m·K) 7 7 2.4 5.2 4.2 6.1
2 미도장 대비 온도차(℃) 9~14 9~14 2~4 6~10 6~8 8~12
3 절연내력(KV/mil) 0.5 0.5 0.1 0.25 0.35 0.3
4 부착성(밀착성) 5B 5B 4B 2B 5B 3B
5 내충격성 합격 합격 합격 불합격 합격 불합격
6 내염수분무성 발청없음 발청없음 발청없음 발청발생 발청없음 발청발생
7 내알칼리성 이상없음 이상없음 이상없음 박리발생 이상없음 박리발생
8 내산성 이상없음 이상없음 이상없음 박리발생 이상없음 박리발생
9 경도 HB HB B 2B B H
<건조도막 형성 후 소화성능 측정>가로 160mm, 세로 210mm, 높이 210mm의 플라스틱 재질로 되어 있고, 상면이 개방되어 있는 사각통 형태의 내부에 버너를 고정하고 점화하였다.
상기 실시예 1, 2의 건조 도막이 형성된 일면을 개방되어 있는 상면을 덮어 버너의 불꽃이 상기 일면과 접촉하도록 하여 밀폐한 후, 버너의 불꽃이 밀폐된 상태에서 하기의 각 온도 및 시간을 측정했다.
여기에서 초기소화 자가감응온도는 디지털 온도계를 사용하여 버너의 불꽃이 상기 일면과 접촉하여 마이크로 캡슐이 반응할 때의 온도를 측정한 것이다.
상기의 시험을 비교예 1~4에 대해서도 같은 방법으로 실시하였다.
측정 결과는 하기의 [표 10]과 같았다.
측정항목 단위 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
초기소화자가감응온도 ℃ 130 130 135 150 320 135
초기소화시간 초 5 5 6 8 측정불가 7
재연소억제시간 초 12 12 14 16 측정불가 15
상기 비교예 1의 경우에는 마이크로 캡슐의 함량 대비 제1 무기충전제의 총 함량의 비율이 1.5 미만으로 초기화재 진압의 목적은 충분히 달성될지 모르지만 실시예 1, 실시예 2와 비교하여 방열 성능이 상대적으로 떨어지는 것을 확인하였다.상기 비교예 2의 경우에는 마이크로 캡슐의 함량 대비 제1 무기충전제의 총 함량의 비율이 3.5를 초과하여 초기화재의 소화 효과가 저하되는 문제를 확인하였다.
상기 비교예 3의 경우에는 마이크로 캡슐의 함량이 주제의 중량 대비 5 중량% 이하로 포함되어 초기 소화 효과가 거의 없는 것을 확인하였다.
상기 비교예 4의 경우에는 경화제부가 전체 도료 조성물 중량 대비 30 중량% 이상으로 포함되어 [표 7]에서와 같이 절연성, 부착성, 충격성, 내염수분무성, 내알칼리성, 내산성 등 도막의 기능이 저하되는 문제를 확인하였다.
즉, 본 발명의 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물을 통해 형성된 도막은 절연성, 부착성, 충격성, 내염수분무성, 내알칼리성, 내산성 등의 물리적 성질이 우수하고, 7W/m·K 이상의 열전도율을 보이는 방열 성능과 동시에 우수한 초기화재 소화 성능을 가질 수 있다.
[부호의 설명]
10 : 초기화재 소화용 N-H 마이크로 캡슐
20 : 제1 무기충전제
20-1: 질화붕소
20-2: 탄화규소
20-3: 질화알루미늄
30: 제2 무기충전제
40 : 피도물
10a : 초기화재 소화용 마이크로 캡슐
20a : 제 1무기충전제 방열층
30a : 제 2 무기충전제 하도*

Claims (9)

  1. 주제부 및 경화제부를 포함하는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물에 있어서,
    상기 주제부는 (a) 열가소성 아크릴 수지, (b) 제1 무기충전제, (c) 제2 무기충전제 및 (d) 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함하고,
    상기 (a) 열가소성 아크릴 수지, (b) 제1 무기충전제 및 (c) 제2 무기충전제의 중량 기준 혼합비는 (a) : (b)+(c) = 1 : 0.7 ~ 1 : 1이며,
    상기 (d) 초기화재 소화용 마이크로 캡슐은 상기 주제의 중량을 기준으로 5~15 중량% 포함되며,
    상기 경화제부는 상기 전체 도료 조성물 중량을 기준으로 15~30 중량% 포함되는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 제1 무기충전제 및 (c) 제2 무기충전제의 중량 기준 혼합비는 (b) : (c) = 2:1 ~ 4:1인 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기충전제는 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄 중 선택되는 하나 이상인 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 무기충전제는 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄을 포함하고, 상기 주제의 중량을 기준으로 20~30 중량% 포함되는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 무기충전제는 질화붕소, 탄화규소 및 질화알루미늄을 포함하고,
    상기 질화붕소는 평균 입경이 45~280㎛,
    상기 탄화규소는 평균 입경이 10~40㎛,
    상기 질화알루미늄은 평균입경이 30~80㎛인 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무기충전제는 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 소성 실리카 및 마이크로 소성 인산아연 중 어느 하나 이상인 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무기충전제는 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 소성 실리카 및 마이크로 소성 인산아연을 포함하고, 상기 주제의 중량을 기준으로 5~10 중량% 포함되는 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐이 코어-쉘 구조로 이루어진, 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 평균 입경은 60~80㎛인 방열 및 초기화재 소화용 도료 조성물.
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