KR20150061472A - 무방향성 전기 강판 코팅 조성물, 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법 및 무방향성 전기 강판 제품 - Google Patents

무방향성 전기 강판 코팅 조성물, 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법 및 무방향성 전기 강판 제품 Download PDF

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Abstract

무방향성 전기 강판 조성물, 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법 및 무방향성 전기 강판 제품에 관한 것으로, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;을 포함하고, 상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환되고, 상기 에폭시 수지는 에폭시기가 3개 이상인 다관능성 에폭시 수지인 것인 무방향성 전기 강판 조성물을 제공할 수 있다.

Description

무방향성 전기 강판 조성물, 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법 및 무방향성 전기 강판 제품{COMPOSITION FOR NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL, METHOD OF MANUFACTURING NON-ORIENTED ELECTRICAL PRODUCT AND NON-ORIENTED ELECTRICAL PRODUCT}
무방향성 전기 강판 조성물, 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법 및 무방향성 전기 강판 제품에 관한 것이다.
무방향성 전기 강판은 압연판 상의 모든 방향으로 자기적 성질이 균일한 강판으로 모터, 발전기의 철심, 전동기, 소형변압기 등에 널리 사용되고 있다.
무방향성 전기 강판은 타발 가공 후 자기적 특성의 향상을 위해 응력제거 소둔(SRA)을 실시하여야 하는 것과 응력제거 소둔에 의한 자기적 특성 효과보다 열처리에 따른 경비 손실이 클 경우 응력제거 소둔을 생략하는 두 가지 형태로 구분될 수 있다. 또한, 무방향성 전기 강판은 구동모터, 가전, 대형모터 수요처에서 구분하여 사용되고 있다.
절연피막 형성은 제품의 마무리 제조공정에 해당하는 과정으로서 통상 와전류의 발생을 억제시키는 전기적 특성 이외에 소정의 형상으로 타발가공 후 다수를 적층하여 철심으로 만들 때, 금형의 마모를 억제하는 연속타발 가공성과 강판의 가공응력을 제거하여 자기적 특성을 회복시키는 응력제거 소둔 과정 후 철심강판간 밀착하지 않는 내 점착(sticking)성 및 표면 밀착성 등을 요구한다.
이러한 기본적인 특성 외에 코팅용액의 우수한 도포 작업성과 배합 후 장시간 사용 가능한 용액 안정성 등도 요구된다.
무방향성 절연피막은 적층되는 철판 사이의 층간 절연을 주목적으로 하고 있다. 그러나 소형 전동기기의 사용이 확대되면서 절연성뿐만 아니라, 가공성, 용접성, 내식성에 유리한 피막 성능을 주요한 물성으로 평가하게 되었으며, 최근 들어서는 강판 표면의 품질 또한 사용 특성에 영향을 미치면서 표면품질이 우수한 전기 강판을 요구하고 있다.
또한, 무방향성 전기 강판은 현재 정부의 저탄소 정책에 발 맞추어 고효율 모터 개발에 의한 고급화 물결을 타고 있으며, 고급화로 나아갈수록 전기 강판 표면은 고기능성 (고절연성, 고내열성, 고내식성)을 요구 받고 있다.
보다 구체적으로, 와전류 손실(Eddy Current Loss)을 최소화함으로써 모터의 성능을 극대화 할 수 있는 무방향성 전기 강판의 층간 절연성은 필수 항목이다. 무방향성 전기 강판에 우수한 절연성을 확보하기 위해서는 코팅 두께를 증가시키는 방법이 가장 일반적인 방법이다. 그러나 코팅두께가 증가할 경우, 무방향성 전기 강판에서 요구하는 용접성, 내열성, SRA 전/후 밀착성 및 점적율(Stacking Factor) 등의 특성이 열위해지는 단점이 있다.
개선된 특성을 가지는 무방향성 전기 강판 조성물, 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법 및 무방향성 전기 강판 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;을 포함하고, 상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환되고, 상기 에폭시 수지는 에폭시기가 3개 이상인 다관능성 에폭시 수지인 것인 무방향성 전기 강판 조성물을 제공한다.
상기 제1 조성물 내 무기 나노 입자의 함량은 제1 조성물 100 중량%에 대해, 1 내지 60 중량% 일 수 있다.
상기 제1 조성물은, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, 또는 ZnO인 무기 나노 입자를 포함하고, 상기 무기 나노 입자의 함량은 제1 조성물 100 중량%에 대해, 1 내지 40중량%인 SiO2, 5 내지 30중량%인 TiO2, 또는 3 내지 60중량%인 ZnO 일 수 있다.
상기 제1 조성물은, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, 또는 ZnO인 무기 나노 입자를 포함하고, 상기 무기 나노 입자의 입경은, 3 내지 50nm인 SiO2, 20 내지 100nm인 TiO2, 또는 30 내지 100nm인 ZnO 일 수 있다.
상기 에폭시 수지는 분자량이 1,000 내지 50,000 일 수 있다.
상기 에폭시 수지는 연화점(Tg)이 70 내지 120 ℃ 일 수 있다.
상기 에폭시 수지는 고형분의 함량이 10 내지 50 중량% 일 수 있다.
상기 무기 첨가물의 함량은 무방향성 전기 강판 코팅 조성물 100 중량%에 대해, 1 내지 50 중량% 일 수 있다.
상기 무방향성 전기 강판 코팅 조성물은, 인산(H3PO4), 또는 수산화 나트륨(NaOH) 인 무기 첨가물;을 포함하고, 상기 무기 첨가물의 함량은 무방향성 전기 강판 코팅 조성물 100 중량%에 대해, 3 내지 50 중량%인 인산, 또는 1 내지 10 중량%인 수산화 나트륨일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;을 포함하는 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 준비하는 단계; 상기 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 무방향선 전기 강판의 일면 또는 양면에 도포하는 단계; 상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계; 및 상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;를 포함하는 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법을 제공한다.
상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;는, 200 내지 600 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;는, 5 내지 40초간 수행될 수 있다.
상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;에서, 코팅층의 두께는 0.5 내지 10 ㎛ 일 수 있다.
상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;는, 1 내지 1000 N 압력에서 수행될 수 있다.
상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;는, 120 내지 300 ℃에서 수행될 수 있다.
상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;는, 5 내지 180 분 동안 수행될 수 있다.
상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;에서, 상기 코팅층 내 무기물의 비율은 0.05 내지 0.6 중량% 일 수 있다.
상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환되고, 상기 에폭시 수지는 에폭시기가 3개 이상인 다관능성 에폭시 수지일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 복수의 무방향성 전기 강판; 및 상기 복수의 무방향성 전기 강판 사이에 위치하는 절연층;을 포함하고, 상기 절연층은, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;을 포함하고, 상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환되고, 상기 에폭시 수지는 에폭시기가 3개 이상인 다관능성 에폭시 수지인 것인 무방향성 전기 강판 제품을 제공한다.
열가소성 접착 수지(예를 들어, 에폭시 수지)에 무기 나노 입자를 치환하고 여기에 무기물을 용해시켜 우수한 고온 접착성과 고온 내 오일(oil)성을 갖는 조성물 및 이를 이용한 무방향성 전기 강판 제품을 제조할 수 있다.
이를 통해 기존 체결 방법(예를 들어, 용접, 크램핑, 인터락킹, 알루미늄 다이 캐스팅 또는 리벳팅)을 생략함으로써 구동 모터의 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 기존의 모터가 가지고 있는 진동과 소음의 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 코팅층의 단면을 FIB(Focus Ion Beam)으로 가공한 후, TEM으로 찍은 사진이다.
도 2는 실시예 1에 따른 코팅층 내에 용해되어 있는 무기 첨가물의 분포를 나타낸 TEM사진이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;을 포함하고, 상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환되고, 상기 에폭시 수지는 에폭시기가 3개 이상인 다관능성 에폭시 수지인 것인 무방향성 전기 강판 조성물을 제공한다.
상기 본 발명의 일 구현예에 따른 조성물은 막으로 형성할 시 피막의 내유성, 밀착성, 내식성, 절연성, 낱장 코어 간의 접착력, 내 스크래치성, 내후성, 용접성, 및/또는 고온 내유성이 우수하다.
상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환될 수 있으며, 또한, 상기 에폭시 수지는 분자량이 1,000 내지 50,000 일 수 있다.
상기 분자량의 범위와 관련하여 에폭시 분자량이 1,000 미만인 경우 경화성이 떨어질 수 있으며, 강도와 같은 도막물성이 떨어질 수 있다. 또한 에폭시 수지의 분자량이 50,000 초과하는 경우 에폭시 수지 내 상(phase) 분리가 일어날 수 있으며, 무기 나노 입자와의 상용성이 떨어질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 에폭시 수지는 5,000 내지 30,000 분자량을 가질 수 있다.
또한, 상기 에폭시 수지의 연화점(Tg)는 70 내지 120℃ 일 수 있으며, 고체 분율(고형분의 함량)은 10 내지 50중량% 일 수 있다.
상기 에폭시 수지는 비스페놀과 에폭사이드 조합형태로 구성되어 있으나 수분산 상태로 존재하기 위해 구조식의 한 부분이 극성그룹으로 치환될 수 있으며, 수분산 상태에서 석출, 침전과 같은 상 분리가 없는 안정적인 형태를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A(BPA)와 에피크롤히드린 (ECH)의 비율을 변화시키면서 분자량을 조절하였으며 내열 접착성을 향상시키기 위해 에폭시기가 3개 이상인 다관능성을 갖는 형태를 사용할 수 있다.
상기에서 언급한 열가소성 수지에 고온 접착성과 고온 내유성을 확보하기 위해, 상기 열가소성 수지에 콜로이달 상태의 무기 나노 입자를 치환시켜 유/무기 복합 조성물 형태로 개질시킬 수 있다.
상기 콜로이달 상태의 무기 나노 입자는 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 무기 나노 입자의 입경은 3 내지 100nm 일 수 있다.
상기 무기 나노 입자의 입경은, 3 내지 50nm인 SiO2, 20 내지 100nm인 TiO2, 또는 30 내지 100nm인 ZnO(보다 구체적으로, 10 내지 60nm인 ZnO) 일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 시간, 비용 및 입자 크기로 발생할 수 있는 취약 경계층을 최소화 측면에서 유리할 수 있다.
또한, 상기 제1 조성물 내 무기 나노 입자의 함량은 제1 조성물 100 중량%에 대해, 1 내지 60 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 무기 나노 입자의 함량은 상기 무기 나노 입자의 함량은 제1 조성물 100 중량%에 대해, 1 내지 40중량%인 SiO2, 5 내지 30중량%인 TiO2, 또는 3 내지 60중량%인 ZnO(보다 구체적으로, 20 내지 60중량%인 ZnO) 일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 내열성 및/또는 접착성의 균형을 유지할 수 있다.
전술한 유/무기 복합 조성물 형태로 개질된 수지 조성물의 고온 접착성 및 고온 내유성을 극대화하기 위해서, 용해성이 좋은 무기 첨가물을 상기 조성물에 용해시킬 수 있다.
상기 무기 첨가물은 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 무기 첨가물의 함량은 무방향성 전기 강판 코팅 조성물 100 중량%에 대해, 1 내지 50 중량% 일 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 상기 무기 첨가물의 함량은 무방향성 전기 강판 코팅 조성물 100 중량%에 대해, 3 내지 50 중량%인 인산, 또는 1 내지 10 중량%인 수산화 나트륨일 수 있다. 상기 범위를 만족시키는 경우, 무기 첨가물의 석출 문제, 내열성 및/또는 내유성의 측면에서 유리할 수 있다.
상기 본 발명의 일 구현예에 따른 조성물은 용액 안정성, 코팅 작업성 등이 뛰어날 뿐만 아니라, 피막으로의 형성 시 표면 특성(예를 들어, 내식성, 절연성, 밀착성 등)이 개선될 수 있으며, 고온 접착성 및 고온 내유성이 개선될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;을 포함하는 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 준비하는 단계; 상기 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 무방향선 전기 강판의 일면 또는 양면에 도포하는 단계; 상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계; 및상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;를 포함하는 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법을 제공한다.
상기 무방향성 전기 강판 코팅 조성물에 대해서는 전술한 본 발명의 일 구현예와 동일하기 때문에 그 설명을 생략하도록 한다.
상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;는, 200 내지 600 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;는, 5 내지 40초간 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;에서, 코팅층의 두께는 0.5 내지 10 ㎛ 일 수 있다.
이러한 범위를 만족하는 경우, 상기 코팅층의 우수한 표면 특성(예를 들어, 절연성, 내식성, 밀착성 등)을 가질 수 있다.
또한, 상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;는, 1 내지 1000 N 압력에서 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;는, 120 내지 300 ℃에서 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;는, 5 내지 180 분 동안 수행될 수 있다.
상기 범위를 만족하는 경우, 코팅층 내에 무기 나노 입자 및/또는 무기 첨가물의 균일한 분포에 의해 내열성이 개선될 수 있으며, 적층된 층간의 고온 접착력과 고온(약, 150 ℃) 내유성이 개선될 수 있다.
또한, 보다 구체적으로, 상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;에서, 상기 코팅층 내 무기물의 비율은 0.05 내지 0.6 중량% 일 수 있다. 이러한 경우, 목적하는 내열성 및/또는 내유성을 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 복수의 무방향성 전기 강판; 및 상기 복수의 무방향성 전기 강판 사이에 위치하는 절연층;을 포함하고, 상기 절연층은, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;을 포함하고, 상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환되고, 상기 에폭시 수지는 에폭시기가 3개 이상인 다관능성 에폭시 수지인 것인 무방향성 전기 강판 제품을 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1은 실시예 1에 따른 코팅층의 단면을 FIB(Focus Ion Beam)으로 가공한 후, TEM으로 찍은 사진이다. 도 1은 하기와 같은 무방향성 전기 강판 조성물을 준비하였다.
Epoxy-SiO2계 유/무기 복합 Composite에 인산 (H3PO4) 및 수산화 나트륨(NaOH)을 용해시켰다. 사용된 Epoxy 접착 수지의 분자량은 약 2만이고, Epoxy 접착 수지에 치환된 SiO2이고 입자크기는 각각 10nm이며 입자의 중량%는 10중량%이다. 용해시킨 인산 (H3PO4) 및 수산화 나트륨(NaOH)을 Epoxy-SiO2계 유/무기 복합 Composite 100중량% 대비 각각 3중량% 및 5중량%이다.
무방향성 전기 강판 (50 X 50 mm)을 공 시편으로 하고, 전술한 조성물을 각 준비된 공 시편에 일정한 두께 약 5.0 ㎛ 도포한 후, 상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 500 ℃에서 15초간 경화시켰다.
도 1에서 알 수 있듯이 코팅층 내에 무기 나노 입자가 균일하게 분포되어 있으며, 코팅 층 내에 무기 나노 입자가 코팅층 내에서 결합(cohesion) 또는 응집(aggregation) 현상 없이 코팅층 전체에 걸쳐 일정하게 분포하고 있음을 알 수 있다.
도 2는 실시예 1에 따른 코팅층 내에 용해되어 있는 무기 첨가물의 분포를 나타낸 TEM사진이다. 무기물 내에 포함된 성분(Na, P) 또한 코팅층 내에 균일하게 분포하고 있음을 알 수 있다.
상기에서 언급한 무기 나노 입자와 무기 첨가물의 코팅층 내에 균일한 분포는 접착 수지의 내열성(Heat Resistance)을 향상시켜, 이로 인해 접착 용액의 고온 접착력을 친환경 자동차(HEV, EV) 구동 모터에서 요구하는 수준 이상으로 만족시킬 수 있다.
실시예 2
하기 표 1와 같이 유/무기 복합 무방향성 전기 강판 조성물에 무기 나노 입자를 치환시키기 이전의 분자량에 따른 코팅 후 표면상태와 상온 및 고온 접착력을 측정하였다.
분자량 표면상태 상온 접착력 고온 접착력
에폭시
수지		 ≒ 500 ⊙ X X
≒ 1000 ⊙ △ X
≒ 5000 ⊙ ○ X
≒ 30000 ⊙ ⊙ X
≒ 50000 ○ ⊙ △
≒ 70000 X ⊙ △
[물성판정/ 매우 우수: ⊙, 우수: ○, 보통: △, 열위: X]
바 코터(Bar Coater)를 이용하여 준비된 무방향성 전기 강파늬 양면에 상기 표 1에서 준비한 조성물을 약 5㎛ 두께로 도포하였으며 건조 온도 600 ℃ 에서 15 초간 경화후 상온에서 천천히 냉각하였다.
코팅된 시편을 일정크기 (50mm X 50mm)로 절단 후 높이 30mm로 적층하여 가압력 200N 하에서 열융착 온도 및 시간을 각각 200 ℃, 30 분간 유지시켰다.
상기의 조건으로 열융착된 샘플을 인장력 측정 장치를 이용하여 접착력을 측정하였다. 사용한 인장력 측정 장치는 상기에서 준비된 셈플을 열융착후 JIG로 고정후 상온 및 고온에서 인장력을 측정하는 장치이다.
이때 측정된 값은 적층된 샘플의 계면 중에서 최소 접착력을 가진 계면이 탈락하게 된다. 상기와 같은 조건에서 상온에서도 동일한 실험을 반복하여 접착력의 정도를 판단하였다.
상기 표 1에서 알 수 있듯이 도포된 코팅층의 표면은 분자량이 높을수록 표면에 반점 및 줄무늬 등의 결함이 발생하는 경향을 보이고 있으며, 일반적으로 접착 수지의 분자량이 증가할수록 접착력은 증가하였다. 150℃에서의 고온 접착력은 열위하였으며, 분자량이 낮은 경우 접착력은 매우 열위 하였다.
하기 표 2는 에폭시계 유/무기 복합 조성물 용액에 치환되어 있는 무기 나노 입자의 종류, 크기 및 치환량에 따른 조성물의 안정성, 상온/고온 접착력 및 고온 내유성을 측정하였다.
에폭시계 유/무기 복합 조성물 용액 및 접착 특성
접착 수지 종류 입자종류 및
크기(nm)		 치환 량
(wt%)		 용액
안정성		 상온
접착력
(25℃)		 고온 접착력
(150℃)		 고온
내Oil성
비교예 에폭시 접착 수지 (분자량 ≒ 30,000) ⊙ ⊙ X X









실시예		 에폭시 접착 수지
(분자량 ≒ 30,000)		 SiO2
(3nm)		 3 ⊙ ⊙ △ △
20 ⊙ ⊙ △ △
40 ⊙ ○ ○ △
SiO2
(25nm)		 3 ⊙ ⊙ △ ○
20 ⊙ ⊙ △ △
40 ○ ○ ○ X
SiO2
(50nm)		 3 ○ ○ △ △
20 ○ △ ○ △
40 ○ △ ○ X
TiO2
(20nm)		 5 ⊙ ⊙ △ ○
15 ⊙ ⊙ ○ △
30 ○ ○ ○ △
TiO2
(50nm)		 5 ⊙ ○ △ △
15 ○ ○ ○ X
30 ○ △ X X
TiO2
(100nm)		 5 ○ △ △ ○
15 ○ △ △ △
30 ○ △ X X
ZnO
(10nm)		 3 ⊙ ⊙ ○ ○
30 ○ ○ ○ △
60 ○ ○ △ △
ZnO
(30nm)		 3 ⊙ ⊙ ○ △
30 ○ ○ X X
60 ○ △ X X
ZnO
(60nm)		 3 ⊙ △ X X
30 ○ △ X X
60 ○ △ X X
[물성판정/ 매우 우수: ⊙, 우수: ○, 보통: △, 열위: X]
비교예로 분자량이 약 3만인 수용성 에폭시 접착 수지를 사용하였으며, 100% 에폭시 접착 수지의 경우 접착 용액의 안정성과 상온 접착력은 우수하나 고온 접착력과 고온 내유성이 매우 열위 함을 알 수 있다.
에폭시 접착 수지가 가지고 있는 고온 접착성과 고온 내유성 열위의 한계점을 극복하기 위해 본 발명의 일 구현예는 콜로이달 상태의 무기 나노 입자를 치환시킨 조성물 형태의 접착 용액을 제안한 것이다.
상기 표 2에서 알 수 있듯이 에폭시-SiO2계 조성물의 경우, 무기 나노 입자 크기와 치환 량에 상관없이 용액 안정성과 상온 접착력이 우수하지만, 고온 접착력의 경우 무기 나노 입자가 클수록 및/또는 치환시킨 SiO2의 량이 많을수록 열위 해지는 경향을 보이고 있다.
또한 고온 내유성은 전반적으로 열위 하였으며, 특히 무기 나노 입자의 크기가 클수록, 및/또는 치환시킨 무기 나노 입자의 양이 많을수록 더욱 열위 해지는 경향을 보이고 있다.
이는 무기 나노 입자의 크기가 클수록 시편과 시편 사이의 경계면에 상대적으로 큰 입자로 인해 취약 경계층을 형성하여 이 취약 경계층을 통해 고온(약 150 내지 170℃)시 계면에 오일(oil)이 침투하여 계면간의 접착성을 현저히 열위 시키는 이유 때문인 것으로 보인다.
에폭시-TiO2계 조성물 및 에폭시 -ZnO계 조성물은 에폭시 -SiO2계 조성물에 비해 용액 안정성과 상온 접착력이 다소 열위 하지만 전반적으로 우수한 특성을 가지고 있다. 그러나 고온 접착력 및 고온 내유성은 상대적으로 큰 무기 나노 입자 크기와 많은 치환량으로 에폭시-SiO2계 조성물 에 비해 더욱 열위한 경향을 보이고 있다.
하기 표 3은 상기에서 언급한 3종류의 유/무기 복합 조성물 (Epoxy-SiO2계, Epoxy-TiO2계, Epoxy-ZnO계)의 고온 접착성 및 고온 내유성을 극대화하기 위해서 일정량의 수산화 나트륨(NaOH) 및/또는 인산 (H3PO4)을 상기 조성물에 용해시킨 후의 특성을 평가한 결과이다.
유/무기 복합 조성물 용액 및 접착 특성
무기물 종류 용해양 용액
안정성		 상온
접착력
(25℃)		 고온 접착력
(150℃)		 고온
내유성









실시예		 Epoxy(분자량 ≒ 30000) -SiO2
(25nm, 20wt%)
Composite 		NaOH 1 ⊙ ⊙ ○ ○
5 ⊙ ⊙ ○ ○
10 ○ ○ ⊙ ⊙
15 △ △ △ △
H3PO4 1 ⊙ ⊙ ○ ○
30 ⊙ ○ ○ ○
50 ○ ○ ○ ○
70 △ △ △ △
Epoxy((분자량 ≒ 30000)-
TiO2
(20nm, 15wt%)
Composite		 NaOH 1 ⊙ ⊙ ○ ○
5 ⊙ ⊙ ○ ○
10 ○ ⊙ ⊙ ⊙
15 △ △ △ △
H3PO4 1 ⊙ ⊙ ○ ○
30 ⊙ ○ ○ ○
50 ○ ○ ○ ○
70 △ △ △ △
Epoxy((분자량 ≒ 50000)-
ZnO
(10nm, 30wt%)
Composite		 NaOH 1 ○ ⊙ △ △
5 ○ ⊙ ⊙ ⊙
10 ○ ○ ○ ○
15 △ △ △ △
H3PO4 1 ○ ⊙ △ △
30 ○ ○ ⊙ ⊙
50 ○ ○ ○ ○
70 △ △ △ △
[물성판정/ 매우 우수: ⊙, 우수: ○, 보통: △, 열위: X]
상기 표 2에 따른 조성물에 산화 나트륨(NaOH) 또는 인산(H3PO4)을 상기 전체 조성물 100중량% 대비 각각 상기 표 3의 각각의 함량만큼 투입하였다.
사용된 에폭시 수지의 분자량은 약 3만이고, 상기 에폭시 수지에 치환된 SiO2, TiO2 및 ZnO의 입자크기는 각각 25nm, 20nm 및 10nm이며 입자의 함량은 무기 첨가물을 투입하기 전의 전체 에폭시 수지 100중량%에 대해 각각 20중량%, 15중량% 및 30중량%이다.
코팅 이후에 무방향성 전기 강판의 기본 표면 특성(절연성, 내식성, 밀착성 등)은 우수하였으며, 또한 가공성 (슬리팅성 또는 타발성)도 우수하였다.
상기 표 3에서 알 수 있듯이, 용액 안정성은 수산화 나트륨(NaOH) 또는 인산 (H3PO4)의 용해량이 많을수록 열위 해지는 경향을 보이고 있다.
상온 접착력은 치환된 무기입자의 종류 및 크기에 상관없이 전반적으로 우수하였으나, 수산화 나트륨(NaOH) 또는 인산 (H3PO4)의 용해량이 증가할수록 열위해진 경향을 보이고 있다. 이는 코팅층 내에 접착 수지의 양이 무기 나노 입자 및 무기 첨가물에 비해 상대적으로 작기 때문이다.
고온 접착력과 고온 내유성은 비슷한 특성을 보이고 있으며, 에폭시-SiO2계 조성물의 경우, 용해시킨 수산화 나트륨(NaOH) 또는 인산 (H3PO4)의 량이 1 내지 15중량%일 때, 두 가지 특성이 모두 우수하였다.
또한 에폭시-TiO2계 조성물과 에폭시-ZnO계 조성물의 경우도 마찬가지로, 용해시킨 수산화 나트륨(NaOH) 또는 인산(H3PO4)의 양이 적정 수준일 때, 두 가지 특성이 모두 우수하였다. 이는 용해시킨 수산화 나트륨(NaOH) 또는 인산(H3PO4)뿐만 아니라, 치환시킨 무기 나노 입자의 크기 및 양과도 관련이 있음을 알 수 있다.
일반적으로 전체 치환 및 용해시킨 무기물(무기 나노 입자, 무기 첨가물)의 양이 너무 작으면 용액 내에 포함된 접착 수지의 비율이 상대적으로 낮아 내열성이 열위하여 고온 접착력과 고온 내유성이 열위해질 수 있다.
반면 무기물(무기 나노 입자, 무기 첨가물)의 양이 너무 많으면 무기물에 의해 내열성은 좋아지지만 용액 내에 포함된 접착 수지의 비율이 상대적으로 낮아 고온 접착력과 고온 내유성이 열위해질 수 있다.
전체 조성물 내 무기물의 함량은 0.05 내지 0.6 중량%인 경우가 적합할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 용액 안정성은 무기 나노 입자가 치환된 유/무기 복합 조성물 또는 무기 첨가물이 용해된 유/무기 복합 조성물을 교반기에 의해 30분 동안 강하게 교반 시킨 후 혼합된 용액을 30분 동안 유지한다. 그 다음에 피막 조성물 내에 침전이나 겔(Gel)현상 유/무로 판단하였다.
상기 상온 및 고온 접착력은 편면당 일정 두께로 도포한 샘플을 적층 후 일정 조건하에서 열융착을 한 후 상온 및 고온 (150℃)에서 접착력 측정 장치에 의해 측정하였다. 상온에서의 측정한 값이 접착력이 2.0MPa 이상일 때 매우 우수, 1.0MPa이상일 때 우수, 0.5MPa 이상일 때 보통 0.5MPa 이하일 때 열위로 표현하였다. 반면 고온에서의 접착력은 1.0MPa 이상일 때 매우 우수, 0.5MPa이상일 때 우수, 0.3MPa 이상일 때 보통 0.3MPa 이하일 때 열위로 표현하였다.
상기 고온 내유성은 열융착된 샘플을 고온(170℃)의 ATF(Automatic T△ansmission Fluid) 오일(oil)에 3시간이상 유지시킨 후, 천천히 냉각시켜 상온에서의 표면상태 및 접착력을 측정하였다. 표면상태를 관찰하였을 때, 오일이 낱장 코어(co△e) 사이의 계면으로 침투하거나, 접착 코팅층이 ATF 오일에 의해 녹아나지 않아야 한다. 내유성의 판단기준으로 고온 ATF 실험을 거친 샘플의 접착력이 1.0MPa 이상일 때 매우 우수, 0.5MPa이상일 때 우수, 0.3MPa 이상일 때 보통, 0.3MPa 이하일 때 열위로 표현하였다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (19)

  1. 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및
    인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;
    을 포함하고,
    상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환되고,
    상기 에폭시 수지는 에폭시기가 3개 이상인 다관능성 에폭시 수지인 것인 무방향성 전기 강판 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조성물 내 무기 나노 입자의 함량은 제1 조성물 100 중량%에 대해, 1 내지 60 중량%인 것인 무방향성 전기 강판 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조성물은,
    수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, 또는 ZnO인 무기 나노 입자를 포함하고,
    상기 무기 나노 입자의 함량은 제1 조성물 100 중량%에 대해,
    1 내지 40중량%인 SiO2, 5 내지 30중량%인 TiO2, 또는 3 내지 60중량%인 ZnO인 것인 무방향성 전기 강판 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조성물은,
    수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, 또는 ZnO인 무기 나노 입자를 포함하고,
    상기 무기 나노 입자의 입경은,
    3 내지 50nm인 SiO2, 20 내지 100nm인 TiO2, 또는 30 내지 100nm인 ZnO인 것인 무방향성 전기 강판 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 분자량이 1,000 내지 50,000인 것인 무방향성 전기 강판 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 연화점(Tg)이 70 내지 120 ℃인 것인 무방향성 전기 강판 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 고형분의 함량이 10 내지 50 중량%인 것인 무방향성 전기 강판 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무기 첨가물의 함량은 무방향성 전기 강판 코팅 조성물 100 중량%에 대해, 1 내지 50 중량%인 것인 무방향성 전기 강판 코팅 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기 강판 코팅 조성물은, 인산(H3PO4), 또는 수산화 나트륨(NaOH)인 무기 첨가물;을 포함하고,
    상기 무기 첨가물의 함량은 무방향성 전기 강판 코팅 조성물 100 중량%에 대해,
    3 내지 50 중량%인 인산, 또는 1 내지 10 중량%인 수산화 나트륨인 것인 무방향성 전기 강판 코팅 조성물.
  10. 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;을 포함하는 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 준비하는 단계;
    상기 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 무방향선 전기 강판의 일면 또는 양면에 도포하는 단계;
    상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계; 및
    상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;
    를 포함하는 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;는,
    200 내지 600 ℃의 온도에서 수행되는 것인 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;는,
    5 내지 40초간 수행되는 것인 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;에서,
    코팅층의 두께는 0.5 내지 10 ㎛인 것인 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;는,
    1 내지 1000 N 압력에서 수행되는 것인 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;는,
    120 내지 300 ℃에서 수행되는 것인 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 코팅층 상에 또 다른 무방향성 전기 강판을 적층시킨 후 열융착하는 단계;는,
    5 내지 180 분 동안 수행되는 것인 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 도포된 무방향성 전기 강판 코팅 조성물을 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;에서,
    상기 코팅층 내 무기물의 비율은 0.05 내지 0.6 중량%인 것인 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환되고, 상기 에폭시 수지는 에폭시기가 3개 이상인 다관능성 에폭시 수지인 것인 무방향성 전기 강판 제품의 제조 방법.
  19. 복수의 무방향성 전기 강판; 및
    상기 복수의 무방향성 전기 강판 사이에 위치하는 절연층;을 포함하고,
    상기 절연층은, 수용성 에폭시 수지 및 SiO2, TiO2, ZnO, 또는 이들의 조합인 무기 나노 입자를 포함하는 제1 조성물; 및 인산(H3PO4), 수산화 나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합인 무기 첨가물;을 포함하고,
    상기 무기 나노 입자는 상기 수용성 에폭시 수지의 말단 치환기에 치환되고, 상기 에폭시 수지는 에폭시기가 3개 이상인 다관능성 에폭시 수지인 것인 무방향성 전기 강판 제품.
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