KR100953196B1 - 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법 - Google Patents

세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법에 관한 것으로서 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%와 이온교환수 5 ~ 15중량%을 섞은 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 제조하는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계와 별도로 상기 전체 중량비에 대하여 알콕시 실란 40 ~ 60중량%와 티타늄 이소프로포사이드(Isopropoxide) 0.1 ~ 0.5중량%를 넣고 60 ~ 100℃의 온도에서 1시간 동안 교반하여 치환 반응시키는 제 2 단계와, 상기 제 1 단계에서 제조된 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)와 상기 제 2 단계에서 치환 반응된 실란 용액을 상온에서 혼합한 후 상기 전체 중량비에 대하여 이온 교환수를 10 ~ 30중량%를 첨가한 후 상온에서 7시간 동안 가수분해되도록 교반하는 제 3 단계를 포함한다. 따라서, 친환경적일 뿐만 아니라 자연 경화 또는 저온 경화가 가능하므로 합성수지에 사용할 수 있다.
세라믹, 박막, 실란, 유기 관능기, 저온 경화

Description

세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법{Method for making solution used to coat ceramic thin film}
본 발명은 제품의 표면에 코팅된 상태에서 자연 경화 또는 저온 경화가 가능하여 세라믹 박막을 형성할 수 있는 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속 또는 비금속 물질의 표면에 세라믹 박막을 형성하여 고경도, 고강도, 내산화성 또는 절연성 등을 갖도록 한다.
세라믹 박막을 형성하는 방법에 있어서 플라즈마 용사 방법은 세라믹 분말을 플라즈마(Plasma)로 융해되는 고온으로 가열하여 박막을 형성하고자 하는 곳에 분사함으로 표면이 융해된 세라믹 분말이 부착되어 박막을 형성하는 것이다. 상기에서 플라즈마 용사 방법은 세라믹 분말의 종류에 따라서 다소 차이가 있지만 보통 세라믹 분말을 표면이 융해되는 온도, 예를 들면, 1000℃ 이상의 고온에서 고압으로 물체의 표면에 융착되게 분사하여 박막을 형성한다. 그러므로, 형성된 세라믹 박막은 단단하고 견고할 뿐만 아니라 원하는 모양을 갖는다.
그러나, 프라즈마 용사 방법은 고온에서 진행하므로 융점이 높은 금속에만 사용이 가능하고 융점이 낮은 금속이나 합성수지 등에는 사용할 수 없으며, 또한, 설비 투자 뿐만 아니라 박막을 형성하는 비용이 많이 드는 단점이 있다.
세라믹 박막을 형성하는 다른 방법으로는 접착제에 분말을 넣어서 접착제가 분말과 함께 박막을 형성하는 방법이 있다. 이러한 방법은 접착제로 사용되는 용제에 세라믹 분말을 섞어 스프레이, 붓질 또는 딥(dip) 코팅하고 경화하여 세라믹 박막을 형성한다. 상기에서 사용하는 세라믹 분말은 카본블랙, 알루미나, 티타니아 또는 산화규소 등 고온에서 산화시킨 물질들이며, 접착제로는 우레탄, 에폭시 또는 폴리비닐 등의 유기 화합물을 사용하거나, 실란 또는 변성 실리콘 등의 실리콘의 화학적 변형 물질이 사용될 수 있다.
상기에서 접착제로 유기 화합물을 사용하는 경우 40 ∼ 100℃의 낮은 온도에서 경화되므로 세라믹 박막을 고융점 금속 뿐만 아니라 저융점 금속이나 합성수지에도 형성할 수 있다. 또한, 접착제로 유기 화합물을 사용하는 세라믹 박막은 접착력과 인장강도가 우수하다.
그러나, 유기 화합물을 접착제로 사용한 세라믹 박막은 내열성이 부족하여 황변이 발생하기 쉬우며 폐기물이 환경을 오염한다.
이에 비해, 실란 또는 변성 실리콘 등의 실리콘의 화학적 변형 물질을 접착제로 사용한 세라믹 박막은 박막의 투명성, 경도, 내열성 및 내화학성을 가질 뿐만 아니라 친환경적이다. 상기에서 접착제로 실란 또는 변성 실리콘을 사용하는 경우 코팅된 세라믹이 경화되어 세라믹 박막이 형성되는데, 경화 후엔 코팅 용액 속에 있는 메틸 또는 에틸 성분은 경화 과정에서 기화되어 세라믹 박막에는 순수한 세라믹과 실리콘 접착제만 남아 있기에 친환경적이다. 상기에서 접착제로 사용되는 실란 또는 변성 실리콘은 실리콘에 메틸 또는 에틸 성분이 공유 결합되어 있으므로 세라믹 박막용 코팅용액을 도포한 후 200℃ 정도의 온도에서 경화한다.
따라서, 종래 기술에 따른 실란 또는 변성 실리콘을 접착제로 사용하는 세라믹 박막용 코팅용액은 자연 경화가 필요한 물질이나 합성수지와 같이 100℃ 이하의 저온 경화가 필요한 물질에는 세라믹 코팅을 할 수 없다.
따라서 본 발명의 목적은 접착제로 실란 또는 변성 실리콘을 사용하여 친환경적이며 자연 경화 또는 저온 경화가 가능한 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 박막용 코팅용액 제조방법은 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%와 이온교환수 5 ~ 15중량%을 섞은 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 제조하는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계와 별도로 상기 전체 중량비에 대하여 알콕시 실란 40 ~ 60중량%와 티타늄 이소프로포사이드(Isopropoxide) 0.1 ~ 0.5중량%를 넣고 60 ~ 100℃의 온도에서 1시간 동안 교반하여 치환 반응시키는 제 2 단계와, 상기 제 1 단계에서 제조된 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)와 상기 제 2 단계에서 치환 반응된 실란 용액을 상온에서 혼합한 후 상기 전체 중량비에 대하여 이온 교환수를 10 ~ 30중량%를 첨가한 후 상온에서 7시간 동안 가수분해되도록 교반하는 제 3 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 세라믹 박막용 코팅용액 제조방법은 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%와 이온교환수 5 ~ 15중량%을 섞은 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 제조하는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계와 별도로 상기 전체 중량비에 대하여 알콕시 실란 40 ~ 60중량%와 이온 교환수 10 ~ 30중량%을 넣고 60 ~ 100℃의 온도에서 1시간 동안 교반하여 가분 분해하는 제 2 단계와, 상기 제 1 단계에서 제조된 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)와 상기 제 2 단계에서 가수 분해된 실란 용액을 섞고 상온에서 5시간 혼합한 후 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 질소화합물 0.1 ~ 1.0중량% 첨가하고 상온에서 10분 동안 교반하여 치환하는 제 3 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 세라믹 박막용 코팅용액 제조방법은 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%와 이온교환수 5 ~ 10중량%을 섞은 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 제조하는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계와 별도로 상기 전체 중량비에 대하여 알콕시 실란 40 ~ 60중량%와 이온 교환수 10 ~ 30중량%를 넣고 60 ~ 100℃의 온도에서 1시간 동안 교반하여 가분 분해하는 제 2 단계와, 상기 가수 분해된 용액에 상기 전체 중량비에 대하여 과산화수소를 10 ~ 15중량%를 넣고 교반하여 치환 반응한 후 상기 제 1 단계에서 제조된 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)와 섞고 상온에서 5시간 교반하는 제 3 단계를 포함한다.
상기에서 제 1 단계에서 촉매제로 상기 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 묽은염산(5% 용액) 0.01 ~ 0.05중량%을 더 첨가한다.
상기에서 제 2 단계에서 촉매제로 상기 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 묽은염산(5% 용액)을 0.01 ~ 0.05중량%을 더 첨가한다.
상기에서 제 3 단계에서 상기 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 티타니아, 카본블랙, 지르코늄, 알루미나, 산화철 및 산화규소의 무기안료 중 선택되어진 어느 하나를 0.1 ~ 1.0중량%을 더 첨가한다.
상기에서 제 3 단계 후 도막을 코팅하기 15분 전에 트리-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane)을 0.5 ~ 1 중량% 첨가하는 단계를 더 포함한다.
따라서, 본 발명은 친환경적일 뿐만 아니라 자연 경화 또는 저온 경화가 가능하므로 합성수지에 사용할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 접착제로 사용되는 실란 또는 변성 실리콘을 실리콘에 공유 결합된 유기 관능기인 메틸 또는 에틸 성분 등을 반응 과정에서 가수분해 관능기로 미리 치환하여 저온에서 쉽게 경화되도록 함으로써 이룰 수 있다.
상기에서 실란은 클로로실란 또는 알콕시 실란이 대표적으로 사용되며, 실리콘실란커플링제는 유기재료와 화학결합 반응기에 따라 비닐기, 에폭시기, 아미노기, 메타크릴기 또는 미르카프토기 등을 사용할 수 있다.
먼저, 알콕시 실란의 [화학식 1]과 같다.
[화학식 1]
OR
|
R - Si - OR
|
OR
상기 [화학식 1]에서 알(R)은 메틸기(CH3), 에틸기(C2H5) 또는 프로필기(C3H7)이다. 그리고, 오알(OR)은 가수분해 관능기이며, 알(R)은 유기 관능기이다.
[화학식 1]과 같은 알콕시 실란에 질소화합물, 금속 이소프로포사이드(Isopropoxide) 또는 과산화수소(H2O2)를 첨가하여 유기 관능기인 알(R)을 저온에서 쉽게 기화되는 성분으로 치환한다.
상기에서 질소화합물은 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란(Aminoethyl- aminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-Aminopropyl- triethoxysilane), 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란부타놀(Aminoethylamino- propyltrimethoxysilane and Butanol), Methanol-free Aminoethylamino- propyltrimethoxysilane(메타놀-프리 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란), N-2-(벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란(N-2-(Benzylamino)-ethyl-3-aminopropyl-trimethoxysilane), 아미노에틸아미노프로필-트리메톡시실란(Amino- ethylaminopropyl-trimethoxysilane), N-2-(비닐벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란 모노하이드로겐 클로라이드(N-2-(Vinylbenzylamino)-ethyl-3-aminopropyl-trimethoxysilane monohydrogen chloride) 및 N-2(비닐벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란(N-2-(Vinylbenzylamino)-ethyl-3-aminopropyl-trimethoxysilane) 중에서 선택되는 어느 하나이다.
또한, 금속이소프로포사이드는 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 지르코늄 또는 란타늄 등의 이소프로포사이드이다.
[화학식 1]의 알콕시 실란에 유기 관능기인 알(R)을 치환하기 위해 금속이소프로포사이드 중 하나인 티타늄 테트라이소프로사이드(Titanium Tetraisopropoxide : Ti(O-C3H7)4)을 첨가하여 반응시켜 중간 물질을 얻는다. 즉, 아래의 [화학식 2]와 같이 유기 관능기인 알(R)에서 티타늄 테트라이소프로사이드(Ti(O-C3H7)4)의 산소(O)를 치환하여 구조식은 실리콘(Si)과 연결되는 각 다리에 가수분해 관능기인 오알(OR)이 연결된 중간 물질을 얻을 수 있다.
[화학식 2]
OR OR
| |
R - Si - OR + Ti(O-C3H7)4 ===> TiO3(C3H7)4 OR - Si - OR
| |
OR OR
상기에서 치환 반응시 촉매 역할을 할 수 있는 염산 또는 아세트산 등을 0.01 ∼ 0.05% 첨가하고 70 ∼ 90℃ 정도의 온도에서 0.5 ∼ 2시간 정도 교반한다.
치환작용에 의해 얻어진 중간 물질 1몰에 이온교환수(H2O) 3몰을 가하여 가수분해하면 실리콘(Si)과 각 다리로 연결되는 가수분해 관능기인 오알(OR)은 수소(H)와 화학적 결합을 통하여 오에이치알(OHR)이 되며, 이 오에이치알(OHR)은 다시 분해하면 산소(O), 수소(H) 및 알(R)이 분리되어 [화학식 3]과 같이 된다.
[화학식 3]
O
|
O - Si - O + 3H2O + 4R + TiO3 + 4C3H7 |
O
상기에서 티타늄 테트라이소프로사이드(Ti(O-C3H7)4) 등의 금속이소프로포사이드는 프로필기(C3H7)를 갖는 4개의 가수분해 관능기를 가지므로 공기 중의 수분과 쉽게 반응하는 특성을 가지고 있다. 그러므로, 티타늄 테트라이소프로사이드(Ti(O-C3H7)4) 등의 금속 이소프로포사이드(Isopropoxide)는 가수분해를 할 경우 입자의 성장이 발생될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 티타늄 테트라이소프로사이드(Ti(O-C3H7)4) 등의 금속 이소프로포사이드(Isopropoxide)는 치환 반응이 발생되도록 실란에 가수분해 전에 첨가되는 것에 의해 입자 성장되는 것이 방지된다.
그리고, [화학식 3]의 생성물에 코팅하고자 하는 물질, 즉, 카본블랙, 알루미나, 티타니아 또는 산화규소 등의 세라믹 분말을 섞어 세라믹 박막용 코팅용액을 완성한다. 상기에서 [화학식 3]에 있는 실란은 결합된 산소(O)는 코팅하고자 하는 물질, 즉, 카본블랙, 알루미나, 티타니아 또는 산화규소 등의 세라믹 분말의 표면 과 공유결합을 함으로 강한 접착력을 갖는다. 그러므로, 상술한 반응에 의해 실란 또는 변성 실리콘을 코팅하고자 하는 세라믹 분말의 접착제로 사용할 수 있다.
상술한 [화학식 3]의 생성물에 카본블랙, 알루미나, 티타니아 또는 산화규소 등의 세라믹 분말을 섞어 제조된 세라믹 박막용 코팅용액은 코팅되면 이온교환수(H2O)와 알(R)은 낮은 온도에서 증발이 잘되므로 자연 환경 또는 저온 경화에 의해 세라믹 박막을 형성할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따라 제조된 세라믹 박막용 코팅용액은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리스티렌(polystyrene, PS) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 등의 합성 수지를 코팅하여 경도나 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기에서 세라믹 분말로, 예를 들어, 산화규소(SiO2) 또는 티타니아(TiO2)일 수 있는데, 이들은 각각 테트라에틸오소실리케이트(Tetraethyleorthosilicate : 이하, 테오스) 또는 티타늄 이소프로포사이드(Isopropoxide)를 각각 가수 분해하여 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 금속 이소프로포사이드(Isopropoxide)외에 질소화합물을 첨가하는 경우 첨가된 질소화합물은 유기 관능기(R)를 실리콘(Si)과 분리하고 분리된 실리콘(Si)과 결합하여 치환 반응을 하면서 빠른 속도로 경화된다. 상기에서 질소화합물을 첨가하는 경우 이 질소화합물이 첨가된 시점부터 1일 이내에 코팅 용액이 고형화 되기 때문에 2액형으로 제조되어야 한다. 그러므로, 질소화합물을 첨가하는 경우 세라믹 박막 코팅 용액을 코팅하기 전에 제조하여야 한다.
또한, 본 발명은 금속 이소프로포사이드(Isopropoxide) 및 질소화합물을 사용하는 방법 외에 과산화수소(H2O2)를 첨가하여 자연 환경 또는 저온에서 경화되는 세라믹 박막용 코팅용액을 제조할 수 있다. 이러한 방법은 실란을 치환 반응하지 않고 가수 분해하여 얻을 수 있다.
상기에서 유기 관능기(R)로 메틸기(CH3)를 갖는 알콕시 실란 1몰에 이온교환수(H2O) 3몰을 가하여 가수분해할 때 과산화수소(H2O2) 1몰을 첨가한다. 이에, 과산화수소(H2O2)의 산소(O)가 유기 관능기(R)로 이루어진 메틸기(CH3)를 치환하여 가수분해 관능기인 CH3O로 변환시키면서 아래의 [화학식 4]와 같이 알콕시 실란을 가수 분해한다.
CH3O O
| |
CH3 - Si - CH3O + 3H2O + H2O2 ===> O - Si - O + 4CH3 + 4H2O
| |
CH3O O
상기에서 반응시 촉매 역할을 할 수 있는 염산 또는 아세트산 등을 0.01 ∼ 0.05% 첨가하고 70 ∼ 90℃ 정도의 온도에서 0.5 ∼ 2시간 정도 교반한다.
치환작용에 의해 얻어진 실란 1몰에 이온교환수(H2O) 3몰을 가하여 가수분해하면 실리콘(Si)과 각 다리로 연결되는 가수분해 관능기인 오알(OR)은 수소(H)와 화학적 결합을 통하여 오에이치알(OHR)이 되며, 이 오에이치알(OHR)은 다시 분해하면 산소(O), 수소(H) 및 알(R)이 분리되어 [화학식 3]과 같이 된다. 상기에서 유기관능기인 알(R)이 메틸기(CH3)가 적용된 알콕시 실란을 이용하였으나 에틸기(C2H5)나 다른 부탄기(C4H10) 등도 같은 식이 적용될 수 있다.
그리고, [화학식 4]의 생성물에 코팅하고자 하는 물질, 즉, 카본블랙, 알루미나, 티타니아 또는 산화규소 등의 세라믹 분말을 섞어 세라믹 박막용 코팅용액을 완성한다. 상기에서 세라믹 분말, 예를 들어, 산화규소(SiO2)는 상술한 바와 같이 테트라에틸오소실리케이트(Tetraethyleorthosilicate : 이하, 테오스) 1몰에 이온교환수 4몰를 첨가한 후 촉매제로 묽은염산(5% 용액)을 0.01 ∼ 0.05% 첨가하고 가열 반응하여 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 코팅하는 세라믹 분말의 접착제로 사용되는 실란 또는 변성 실리콘을 실리콘의 유기 관능기인 메틸 또는 에틸 성분 등을 보다 저온에서 쉽게 기화되고 공유결합을 잘하는 성분, 예를 들면, 산소(O) 등으로 치환한다. 이에 의해, 코팅된 세라믹 박막용 코팅용액은 상온 또는 저온에서 실리콘과 공유결합된 성분, 예를 들면, 산소(O) 등이 상온 또는 저온에서도 잘 기화되므로 자연 경화 또는 저온 경화가 가능하다.
<실시예>
실시예1
교반기가 부착된 제조 탱크에 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%, 바람직하게는 19.6중량%와 이온교환수 5 ~ 15중량%, 바람직하게는 6.8중량%를 넣고 촉매제로 묽은염산(5% 용액)을 0.01 ~ 0.05중량%, 바람직하게는 0.03중량%를 첨가한 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 제조한다. 상기에서 테오스의 량이 10% 미만일 경우 제조되는 산화 규소의 경도가 약해지고 완성된 세라믹 박막용 코팅용액을 코팅하여 형성된 박막은 표면 조도(surface roughness)가 저하되고, 테오스의 량이 20%를 초과하면 제조되는 산화 규소의 경도는 강해지지만 접착력이 부족하여 완성된 세라믹 박막용 코팅용액을 코팅하여 형성된 박막은 들뜸 현상이 발생된다.
그리고, 별도의 교반기에 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대해 알콕시 실란 40 ~ 60중량%, 바람직하게는 52.5중량%와 티타늄 이소프로포사이드(Isopropoxide) 0.1 ~ 0.5중량%, 바람직하게는 0.2중량%를 넣고 치환 반응을 시킨다. 이 때, 촉매제로 묽은 염산(5% 용액)을 0.01 ~ 0.05중량%, 바람직하게는 0.03중량%를 첨가하고 60 ~ 100℃ 정도의 온도, 바람직하게는 80℃에서 1시간 동안 교반하면서 치환 반응을 시킨다. 상기에서 티타늄 이소프로포사이드(Isopropoxide) 0.1 ~ 0.5중량%, 바람직하게는 0.2중량%를 넣는 것은 알콕시 실란의 일부만 치환하기 위한 것으로 0.5중량%을 초과하여 넣을 경우 치환반응이 너 무 많이 일어나 액체상태의 코팅액이 고형화 될 수 있다.
치환 반응된 실란 용액과 제조된 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 상온에서 혼합한다. 그리고, 혼합된 용액에 이온 교환수를 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비의 10 ~ 30중량%, 바람직하게는 20.8중량%를 첨가한 후 상온에서 7시간 동안 가수분해되도록 교반하여 세라믹 박막용 코팅용액을 제조한다. 이 때, 티타니아, 카본블랙, 지르코늄, 알루미나, 산화철 및 산화규소의 무기안료 중 선택되어진 어느 하나를 0.1 ~ 1.0중량%, 바람직하게는 0.5중량%를 첨가하여 다양한 색상을 표현할 수 있다.
실시예2
교반기가 부착된 제조 탱크에 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%, 바람직하게는 19.6중량%와 이온교환수 5 ~ 15중량%, 바람직하게는 6.8중량%를 넣고 촉매제로 묽은염산(5% 용액)을 0.01 ~ 0.05중량%, 바람직하게는 0.03중량%를 첨가한 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 제조한다. 상기에서 테오스의 량이 10% 미만일 경우 제조되는 산화 규소의 경도가 약해지고 완성된 세라믹 박막용 코팅용액을 코팅하여 형성된 박막은 표면 조도(surface roughness)가 저하되고, 테오스의 량이 20%를 초과하면 제조되는 산화 규소의 경도는 강해지지만 접착력이 부족하여 완성된 세라믹 박막용 코팅용액을 코팅하여 형성된 박막은 들뜸 현상이 발생된다.
그리고, 별도의 교반기에 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대해 알콕시 실란 40 ~ 70중량%, 바람직하게는 52.5중량%와 이온 교환수 10 ~ 30중량%, 바람직하게는 20.8중량%를 넣고 촉매제로 묽은염산(5% 용액)을 0.01 ~ 0.05중량%, 바람직하게는 0.03중량%를 첨가한 후 60 ~ 100℃ 정도의 온도, 바람직하게는 80℃에서 1시간 동안 교반하여 가분 분해한다.
가수 분해된 실란 용액과 제조된 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 섞고 상온에서 혼합하고 5시간 동안 교반한다. 그리고, 교반된 용액에 질소화합물, 예를 들면, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란(Aminoethy-laminopropyltrimethoxy- silane)을 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비의 0.1 ~ 1.0중량%, 바람직하게는 0.5중량%를 첨가한 후 상온에서 10분 동안 교반하여 세라믹 박막용 코팅용액을 제조한다. 상기에서 제조된 세라믹 박막용 코팅용액은 고형화가 빠르게 진행되므로 제조 후 바로, 바람직하게는 3시간 이내에 코팅하는 것이 바람직하다.
상기에서 혼합된 용액에 질소화합물, 예를 들면, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란(Aminoethyl-aminopropyltrimethoxysilane)을 섞고 교반할 때 티타니아, 카본블랙, 지르코늄, 알루미나, 산화철 및 산화규소의 무기안료 중 선택되어진 어느 하나를 0.1 ~ 1.0중량%, 바람직하게는 0.5중량%를 첨가하여 다양한 색상을 표현할 수 있다.
실시예3
교반기가 부착된 제조 탱크에 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%, 바람직하게는 15.0중량%와 이온교환수 5 ~ 10중량%, 바람직하게는 5.2중량%를 넣고 촉매제로 묽은염산(5% 용액)을 0.01 ~ 0.05중량%, 바람직하게는 0.03중량%를 첨가한 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 제조한다. 상기에서 테오스의 량이 10% 미만일 경우 제조되는 산화 규소의 경도가 약해지고 완성된 세라믹 박막용 코팅용액을 코팅하여 형성된 박막은 표면 조도(surface roughness)가 저하되고, 테오스의 량이 20%를 초과하면 제조되는 산화 규소의 경도는 강해지지만 접착력이 부족하여 완성된 세라믹 박막용 코팅용액을 코팅하여 형성된 박막은 들뜸 현상이 발생된다.
그리고, 별도의 교반기에 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대해 알콕시 실란 40 ~ 60중량%, 바람직하게는 48.5중량%와 이온 교환수 10 ~ 30중량%, 바람직하게는 19.2중량%를 넣고 촉매제로 묽은염산(5% 용액)을 0.01 ~ 0.05중량%, 바람직하게는 0.03중량%를 첨가한 후 60 ~ 100℃ 정도의 온도, 바람직하게는 80℃에서 1시간 동안 교반하여 가분 분해한다.
그리고, 가수 분해된 용액에 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대해 과산화수소를 10 ~ 15중량%, 바람직하게는 12.1중량%를 넣고 교반하여 치환 반응시킨다.
치환 반응된 용액에 제조된 나노 입자 크기의 산화규소(SiO2)를 섞고 상온에서 5시간 교반하여 세라믹 박막용 코팅용액을 제조한다. 이 때, 티타니아, 카본블랙, 지르코늄, 알루미나, 산화철 및 산화규소의 무기안료 중 선택되어진 어느 하나를 0.1 ~ 1.0중량%, 바람직하게는 0.5중량%를 첨가하여 다양한 색상을 표현할 수 있다.
실시예4
실시예1, 2 및 3 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 세라믹 박막용 코팅용액은 아크릴, 알키드, 아민데, 에폭시, 니트로셀롤로스, 석탄산, 폴리에스테르, 폴리우레탄 및 폴리 비닐 등의 고분자 합성수지에 코팅할 경우 실리콘과 고분자의 접착 각도가 크기 때문에 접착력이 저하될 수 있다.
이에, 실시예1, 2 및 3 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 세라믹 박막용 코팅용액에 도막을 코팅하기 15분 전에 트리-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane)을 0.5 ~ 1 중량% 첨가하면 실리콘과 고분자의 접착을 증가시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명은 접착제로 사용되는 실란 또는 변성 실리콘을 실리콘에 공유 결합된 유기 관능기인 메틸 또는 에틸 성분 등을 보다 저온에서 쉽게 기화되고 공유결합을 잘하는 성분으로 치환하는 것에 의해 제품의 표면에 코팅된 상태에서 자연 경화 또는 저온 경화가 가능하여 세라믹 박막을 형성한다. 그러므로, 자연 경화가 필요한 물질이나 합성수지와 같이 100℃ 이하의 저온 경화가 필요한 물질에도 세라믹 코팅을 할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 범위가 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청 구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.

Claims (8)

  1. 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%와 이온교환수 5 ~ 15중량%을 섞은 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 산화규소(SiO2)를 제조하는 제 1 단계와,
    상기 제 1 단계와 별도로 상기 전체 중량비에 대하여 알콕시 실란 40 ~ 60중량%와 티타늄 이소프로포사이드(Isopropoxide) 0.1 ~ 0.5중량%를 넣고 60 ~ 100℃의 온도에서 1시간 동안 교반하여 치환 반응시키는 제 2 단계와,
    상기 제 1 단계에서 제조된 산화규소(SiO2)와 상기 제 2 단계에서 치환 반응된 실란 용액을 상온에서 혼합한 후 상기 전체 중량비에 대하여 이온 교환수를 10 ~ 30중량%를 첨가한 후 상온에서 7시간 동안 가수분해되도록 교반하는 제 3 단계를 포함하는 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법.
  2. 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%와 이온교환수 5 ~ 15중량%을 섞은 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 산화규소(SiO2)를 제조하는 제 1 단계와,
    상기 제 1 단계와 별도로 상기 전체 중량비에 대하여 알콕시 실란 40 ~ 60중량%와 이온 교환수 10 ~ 30중량%을 넣고 60 ~ 100℃의 온도에서 1시간 동안 교반하여 가분 분해하는 제 2 단계와,
    상기 제 1 단계에서 제조된 산화규소(SiO2)와 상기 제 2 단계에서 가수 분해된 실란 용액을 섞고 상온에서 5시간 혼합한 후 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 질소화합물 0.1 ~ 1.0중량% 첨가하고 상온에서 10분 동안 교반하여 치환하는 제 3 단계를 포함하는 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법.
  3. 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 테오스 10 ~ 20중량%와 이온교환수 5 ~ 10중량%을 섞은 후 상온에서 5시간 동안 교반을 실시하여 산화규소(SiO2)를 제조하는 제 1 단계와,
    상기 제 1 단계와 별도로 상기 전체 중량비에 대하여 알콕시 실란 40 ~ 60중량%와 이온 교환수 10 ~ 30중량%를 넣고 60 ~ 100℃의 온도에서 1시간 동안 교반하여 가수 분해하는 제 2 단계와,
    상기 가수 분해된 용액에 상기 전체 중량비에 대하여 과산화수소를 10 ~ 15중량%를 넣고 교반하여 치환 반응한 후 상기 제 1 단계에서 제조된 산화규소(SiO2)와 섞고 상온에서 5시간 교반하는 제 3 단계를 포함하는 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법.
  4. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서 상기 제 1 단계에서 촉매제로 상기 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 묽은염산(5% 용액) 0.01 ~ 0.05중량%을 더 첨가하는 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법.
  5. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서 상기 제 2 단계에서 촉매제로 상기 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 묽은염산(5% 용액)을 0.01 ~ 0.05중량%을 더 첨가하는 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법.
  6. 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 상기 제 3 단계에서 상기 최종 제조되는 세라믹 박막용 코팅용액의 전체 중량비에 대하여 티타니아, 카본블랙, 지르코늄, 알루미나, 산화철 및 산화규소의 무기안료 중 선택되어진 어느 하나를 0.1 ~ 1.0중량%을 더 첨가하는 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법.
  7. 청구항 2에 있어서 상기 제 3 단계를 제조된 용액을 코팅하기 3시간 전에 실 시하는 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법.
  8. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 3에 있어서 상기 제 3 단계 후 도막을 코팅하기 15분 전에 트리-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane)을 0.5 ~ 1 중량% 첨가하는 단계를 더 포함하는 세라믹 박막용 코팅용액의 제조방법.
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