KR101637463B1 - 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더 및 이를 포함하는 에너지절감형 유리코팅도료 - Google Patents

고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더 및 이를 포함하는 에너지절감형 유리코팅도료 Download PDF

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Abstract

고경도 자연경화형 수성 클리어 바인더 및 이를 포함하는 자연 경화형 에너지 절감형 유리 코팅 도료에 관한것으로서, 상기 수성 클리어 바인더는 알킬기를 갖는 실란 커플링제 1 내지 5 중량% 알콕시기를 갖는 실란 커플링제 15 내지 25 중량%, 에폭시기를 갖는 실란 커플링제 20 내지 30 중량%, 수성 콜로이달 실리카 10 내지 20 중량%. 산 안정제 0.01 내지 0.3 중량% 및 여분의 물을 졸-겔 반응시킴으로서 형성된다. 상술한 바인더는 무기수지로 구성되어 있어 고내열성을 갖는 동시에 종래의 유성 바인더와 달리 졸-겔 합성에 의한 반응 생성물인 알코올이 제거되어 TVOC값이 200g/L 이하로 친환경적이다.

Description

고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더 및 이를 포함하는 에너지절감형 유리코팅도료{WATERBONE CLEAR BINDER AND ENERGY-SAVING TYPE GLASS COATING COMPOSITION CONTAINING SAME}
본 발명은 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더 및 이를 포함하는 에너지절감형 유리코팅도료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적외선 차단과, 자외선 차단 성능을 갖는 에너지절감형 유리코팅도료에 적용되며 무기수지로 구성된 고경도성 자연경화형 수성 클리어 바인더 및 이를 포함하는 에너지절감형 유리코팅도료에 관한 것이다.
최근 건설되고 있는 건축물의 외관 디자인은 설계에 있어서 중요한 포인트이며, 특히 외관 디자인에 사용되는 내외장재로서 유리의 위치는 다른 자재들에 비해 독보적이라고 할 수 있다.
이처럼 유리가 내외장재로서 널리 사용되고 있는 것은 유리 본연의 특성인 투명성을 확보함과 동시에, 유리의 조성 변화나 코팅 등에 의해 기능성 유리로 거듭날 수 있는 자재이기 때문이다. 그 중 에너지절감형 유리는 창호로 빠져나가는 열손을 막아주는 친환경적 코팅유리로, ATO 및 TiO2 등의 나노입자를 사용함으로써 가시광선영역의 빛은 투과시켜 조망권에는 거의 영향을 미치지 않고, 적외선 및 자외선 영역의 빛을 선택적으로 차단할 수 있다.
하지만, 이러한 건축 내??외장재로 사용되는 기능성 유리의 경우 대부분이 유성바인더를 사용하고 있어 친환경적이지 않으며, 수성 무기바인더의 경우 전이금속 이온화합물을 포함하고 있어 내수성 및 내비등수성 등이 좋지 않다. 수 분산 에멀젼 및 우레탄과 같은 수성 유기바인더 역시 경도 및 내마모성 그리고 기능성 첨가물들과 바인더간의 상용성이 떨어져 유리 고유의 투명성이 떨어지는 단점이 있어 유성바인더의 물성을 나타나기 어려운 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 특허공개번호 제10-2011-0108112 및 제10-2010-0129993에는 알코올 등의 유기용매를 사용하여 유리코팅도료를 사용하는 기술이 제시되었다. 이러한 방법은 친환경적이지 않는 문제점을 갖고, 열경화형으로 경화공정을 한번 더 사용해야 되는 단점이 있다. 뿐만 아니라 대한민국 특허공개번호 제10-2012-0029744에는 전이금속이온 등이 사용된 바인더를 적용하여 유리코팅도료를 제조하는 기술이 개시되어 있으나 이러한 기술은 바인더 내에 포함된 전이금속으로 인해 도막의 내수성 및 내비등수성 등의 물성에 취약한 단점을 가지고 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 문제점을 인식하고 착안한 것으로, 졸-겔 합성법에 의해 화학전구체들로부터 반응을 진행하여 매우 균일한 바인더의 특성을 갖는 동시에 반응생성물인 알코올이 제거되어 TVOC 값이 200g/L이하의 친환경적인 특성과, 자연경화가 가능하여 별도의 경화공정이 필요하지 않는 유리용 도료에 적용되는 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 특성을 갖는 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더를 포함함으로 인해 친환경성 및 6H 이상의 고경도성 코팅막을 형성할 수 있는 에너지절감형 유리코팅도료를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 과제를 실현하기 위한 에너지절감형 유리코팅도료에 적용되는 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더는 알킬기를 갖는 실란 커플링제 1 내지 5 중량%, 알콕시기를 갖는 실란 커플링제 15 내지 25 중량%, 에폭시기를 갖는 실란 커플링제 20 내지 30 중량%, 수성 콜로이달 실리카 10 내지 20 중량%, 산 안정제 0.01 내지 0.3 중량% 및 여분의 물을 졸-겔 반응시킴으로서 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 알킬기를 갖는 실란 커플링제로 메틸트리클로로실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리부톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리이소프로폭시실란, 에틸트리부톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 디메틸디아미노실란, 디메틸디클로로실란, 디메틸디아세톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디부틸디메톡시실란, 트리메틸클로로실란, 메틸트리(메트)아크릴옥시실란, 메틸[2-(메트)아크릴옥시에톡시]실란, 메틸트리스(3-메틸-3-옥세탄메톡시)실란 등이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 알콕시기를 갖는 실란 커플링제로 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 헥사에톡시디실란 등이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 에폭시기를 갖는 실란 커플링제로 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-클리시독시프로필(메틸)디에톡시실란, β-(3, 4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란 등이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 졸-겔 반응으로 수득되는 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더는 상기 졸-겔 반응시 생성된 알코올을 제거함으로 인해 TVOC 값이 50 내지 200g/L의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기한 본 발명의 과제를 실현하기 위한 수용성의 에너지절감형 유리코팅도료는 알킬기를 갖는 실란 커플링제 1 내지 5 중량%, 알콕시기를 갖는 실란 커플링제 15 내지 25 중량%, 에폭시기를 갖는 실란 커플링제 20 내지 30 중량%, 수성 콜로이달 실리카 10 내지 20 중량%, 산 안정제 0.01 내지 0.3 중량% 및 여분의 물을 졸-겔 반응시켜 형성된 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더 30 내지 70 중량% 및 적외선 및 자외선을 차단하는 복합금속산화물 30 내지 70 중량%를 포함하는 조성을 갖는다.
이러한 유리코팅도료에 적용되는 고경도 자연경화형의 수성 클리어 바인더는 졸-겔 합성법에 의해 화학 전구체들로부터 반응을 진행 할 수 있기 때문에 매우 균일한 바인더로 제조할 수 있고, 무기수지로 구성되어 있어 고내열성을 갖는다. 또한, 동시에 종래의 유성바인더와 달리 졸-겔 합성에 의한 반응생성물인 알코올이 제거되어 TVOC값이 200g/L 이하로 친환경적이다. 상기 고경도 자연경화형 수성 클리어 바인더는 태양광의 적외선 및 자외선 영역을 흡수/차단 할 수 있는 광기능성첨가물과 1:1 비율로 사용하여도 6H 이상의 고경도성 및 내구성, 저장 안정성 및 내비등수성 등이 뛰어난 코팅막을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 성분, 단계, 공정, 조성물 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 성분, 단계, 공정, 조성물 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
고경도의 자연 경화형 수성 클리어 바인더
본 발명의 에너지절감형 유리코팅도료에 적용되는 고경도의 자연경화형의 수성 클리어 바인더는 알킬기를 갖는 실란 커플링제, 알콕시기를 갖는 실란 커플링제, 에폭시기를 갖는 실란커플링제, 수성 콜로이달 실리카, 물, 산 안정제를 졸-겔 반응시킴으로서 수득된다.
보다 상세하게, 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더는 100 중량%를 기준으로 알킬기를 갖는 실란 커플링제 1 내지 5 중량%, 알콕시기를 갖는 실란 커플링제 15 내지 25 중량%, 에폭시기를 갖는 실란 커플링제 20 내지 30 중량%, 수성 콜로이달 실리카 10 내지 20 중량%, 산 안정제 0.01 내지 0.3 중량% 및 여분의 물을 졸-겔 반응시킴으로서 형성될 수 있다.
일 예로서, 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더에 제조에 적용되는 물은 30 내지 45 중량%의 범위 내에서 적용될 수 있다.
일 예로서, 상기 클리어 바인더를 형성하기 위한 졸-겔 반응 온도는 40 내지 95℃, 60 내지 80℃에서 수행하는 것이 바람직하며, 예컨대 4 내지 10시간 동안 졸-겔 반응시키는 것이 바람직하다.
특히, 상기 졸-겔 반응으로 수득되는 자연경화형 수성 클리어 바인더는 상기 졸-겔 반응시 생성된 알코올을 제거함으로 인해 TVOC 값이 10 내지 200g/L의 범위를 갖고, 바람직하게는 50 내지 200g/L의 범위를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 알킬기를 갖는 실란 커플링제는 메틸, 에틸 및 프로필과 같은 알킬기를 1개 이상 필수적으로 포함하는 것으로서, 그의 구체적인 예로는 메틸트리클로로실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리부톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리이소프로폭시실란, 에틸트리부톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시시란, 디메틸디에톡시실란, 디메틸디아미노실란, 디메틸디클로로실란, 디메틸디아세톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디부틸디메톡시실란, 트리메틸클로로실란, 메틸트리(메트)아크릴옥시실란, 메틸[2-(메트)아크릴옥시에톡시]실란, 메틸트리스(3-메틸-3-옥세탄메톡시)실란 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 알콕시기를 갖는 실란 커플링제는 메톡시 및 에톡시기와 같은 알콕시기를 4개 이상 필수적으로 포함하는 것으로서, 그의 구체적인 예로는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 헥사에톡시디실란 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 일 예로서, 이들 중에서 테트라에톡시실란이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 에폭시기를 갖는 실란 커플링제는 메톡시 및 에톡시와 같은 알콕시기를 1개 이상 필수적으로 포함하면서 알킬기와 아크릴기는 포함하지 않는 것이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-클리시독시프로필(메틸)디에톡시실란, β-(3, 4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 일 예로서, 이들 중 3-글리시독시트리메톡시실란이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 졸-겔 합성 방법을 통해 바인더를 형성하기 위해 적용되는 산 안정제의 예로서는 포름산, 초산, 프로피온산, 부티르산, 락트산, 시트르산 및 푸마르산과 같은 유기산; 인산, 황산, 염산, 질산, 불화수소산, 클로로설폰산, 파라-톨루엔설폰산, 삼염화초산, 폴리인산, 요오드산, 요오드산 무수물 및 과염소산과 같은 무기산 등을 들 수 있다. 이들은 단 또는 둘 이상을 혼합하여 사용 가능하며, 특히 염산, 질산과 같은 무기산이 보다 적합하다.
본 발명에 적용되는 산 안정제는 바인더를 형성하기 위한 졸-겔 합성시 pH를 2 내지 6, 더욱 바람직하게는 3 내지 5의 범위로 조절하기 위해 0.01 내지 0.3 중량%가 사용된다. 구체적으로 산 안정제는 상술한 실란 커플링제가 물과 반응하여 가수분해(졸-겔 반응)될 때 불안정한 가수분해로 인해 겔화 되는 것을 방지하는 해교제 역할을 한다. 이는, 산 안정제가 첨가되지 않을 경우 실란 커플링제는 부분적으로 가수분해가 일어나더라도 실온에서 매우 불안정하여 겔화되기 때문이다.
일 예로서, 상기 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더를 제조하기 위해 적용되는 알콕시기를 갖는 실란 커플링제의 함량이 15 중량% 미만이면, 도막 경도가 낮아져 내 스크래치성이 낮아지는 문제점과 무기 복합금속산화물을 충분히 바인딩하지 못해 도막형성에 어려움이 있고, 25 중량%를 초과하면 코팅도막의 결합력이 강해서 도막의 크랙이 형성되는 문제점이 있다. 따라서, 바인더에 적용되는 알콕시기를 갖는 실란 커플링제는 15 내지 25 중량%를 사용하고, 바람직하게는 17 내지 24 중량%를 사용한다.
상기 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더에 적용되는 알킬기를 갖는 실란 커플링제 함량이 1 중량% 미만이면, 코팅 레벨링성이 떨어져 추가로 레벨링제와 같은 첨가제를 사용해야 되는 문제점이 있고, 5 중량%를 초과하면 바인더와 물과 상용성이 떨어져 수성 클리어 바인더로 사용이 어렵다. 따라서, 바인더에 적용되는 알킬기를 갖는 실란 커플링제 1 내지 5 중량%를 사용하고, 바람직하게는 1 내지 4 중량%를 사용한다.
또한, 상기 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더에 적용되는 에폭시기를 갖는 실란 커플링제의 함량이 20 중량% 미만이면, 반응중 바인더가 겔화 되거나 60℃ 저장 안정성에 문제점이 있고, 30 중량%를 초과하면, 자연경화시 도막이 경화되지 않거나 도막 내구성이 떨어져 코팅 바인더로 사용이 어렵다. 따라서, 바인더에 적용되는 에폭시기를 갖는 실란 커플링제는 20 내지 30 중량%를 사용하고, 바람직하게는 22 내지 28 중량%를 사용한다.
또한, 상기 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더에 적용되는 수성 콜로이달 실리카의 함량이 10 중량% 미만이면, 연필경도 6H 이상의 고경도성을 나타낼 수 가 없는 문제점이 있고, 20 중량%를 초과하면, 코팅도막에 크랙 및 박리현상이 나타나 바인더로 사용하기가 어렵다. 따라서, 바인더에 적용되는 수성 콜로이달 실리카는 10 내지 20 중량%를 사용하고, 바람직하게는 11 내지 18 중량%를 사용한다.
상기 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더를 제조하기 적용되는 물은 상술한 커플링제들과 콜로이달 실키카의 졸-겔 반응이 이루어지기 위해 사용된다. 적용되는 물의 함량이 적으면 커플링제의 가수분해가 완전히 이루어지지 않는 문제점이 발생되며, 물의 사용량이 과하면 바인더 수지의 점도가 급격히 저하되는 문제점이 발생된다.
상술한 조성으로 형성된 고경도의 자연 경화형 수성 클리어 바인더는 졸-겔 합성법에 의해 상술한 실란 커플링제들로부터 반응을 진행할 수 있기 때문에 매우 균일한 상태를 갖는 동시에, 무기수지로 이루어져 있어 고내열성을 갖는다. 또한, 동시에 종래의 유성바인더와 달리 졸-겔 합성에 의한 반응생성물인 알코올이 제거되어 TVOC값이 200g/L 이하로 친환경적이다. 또한, 6H 이상의 고경도성을 갖는 투명한 코팅막을 형성할 수 있다.
수성의 에너지 절감형 유리 코팅 도료
본 발명에 일 실시예에 따르면, 수성의 에너지절감형 유리코팅도료는 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더 30 내지 70 중량%, 적외선과 자외선 차단하는 복합금속산화물 30 내지 70 중량%를 포함하는 조성을 갖는다.
다른 실시예로서, 수성의 에너지 절감형 유리코팅도료는 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더 30 내지 70 중량%, 적외선과 자외선 차단하는 복합금속산화물 30 내지 70 중량% 및 물 1 내지 30 중량%를 더 포함할 수 있다.
수성의 에너지 절감형 유리코팅도료에 적용되는 고경도의 자연경화형 수성 클리어 바인더는 조성물 100 중량%에 대하여 30 내지 70 중량%의 범위로 사용한다. 이의 사용량이 30 중량% 미만이면 유리와의 부착성, 내구력이 저하되고 약 70 중량%를 초과하면 태양열 차단을 위한 무기산화물의 사용량이 줄어들고 도막 표면에서 바인더의 노출이 증가하게 되어 태양열 차단 효과 등이 저하되기 때문이다.
또한, 상술한 조성을 갖는 에너지절감형 유리코팅도료는 6H 이상의 고경도성 코팅막을 형성하며, 태양 광선에서 적외선, 자외선이 동시에 차단되면서도 투명성이 유지되어 채광성이 부여되는 효과를 얻을 수 있도록 하기 위해 적외선 및 자외선 차단 복합금속산화물을 상술한 조성으로 사용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 복합 금속산화물을 물에 분산된 졸 상태로 사용할 수 있다.
상기 적외선 및 자외선 차단 복합금속산화물은 약 10∼500nm 크기의 산화티탄, 산화아연, 산화인듐, 산화주석, 안티몬 주석 산화물(ATO: antimony tin oxide) 및 인듐 주석 산화물(ITO: indium tin oxide)등 중 적어도 하나의 화합물과, 약 10∼500nm 크기의 몰리브덴옥사이드(MoO3), 산화탄탈(Ta2O5), 텅스텐옥사이드(WO3), 오산화바나듐(V205) 및 산화니오브(Nb2O5) 중 적어도 하나의 화합물을 포함한다.
상기 적외선 및 자외선 차단 복합금속산화물은 주로 적외선을 차단하고 어느 정도의 자외선을 차단하는 특성을 갖는 산화물과 주로 자외선을 차단하고 어느 정도의 적외선을 차단하는 산화물 포함하고 있어 적외선과 자외선을 모두 효과적으로 차단할 수 있다.
특히, 복합금속산화물은 ATO 또는 ITO를 단독으로 사용하는 것에 비해 SHGC(solar heat gain coefficient) 값이 매우 낮다. SHGC 값은 실내로의 열 획득을 나타내는 변수로서 '0'에서 '1'사이의 숫자로 표기된다. 숫자가 '0'에 가까울수록 태양열이 적게 투입되는 것을 의미한다. SHGC 값이 높으면 태양광의 열이 실내로 유입되는 양이 많아서 온도가 낮은 계절에 난방에는 도움이 되지만 냉방에는 효과가 낮고 반대로, SHGC 값이 낮으면 냉방에는 도움이 되지만 난방에는 효과가 적다는 의미가 된다.
그런데, 에너지절감의 관점에서 볼 때 겨울철 난방 효율을 높이는 것도 필요하지만, 여름철 냉방 효율을 높이는 것이 더욱 절실하게 요구되는 것이 현실이다. 특히 오피스나 병원에서의 온도 관리에 의한 대응도 여름철 창가의 작열감이 느껴지는 더위에서 더욱 지적되고 있다. 또한 큰 개구부가 요구되는 자동차 판매점의 쇼룸, 백화점 등의 쇼 윈도우나 편의점 등에서도 냉방 효율을 높이는 데 대한 요구가 절실하다. 이러한 요구 조건을 감안할 때, 가시광 투과율을 고수준으로 유지하면서 적외선 흡수성을 더욱 증가시켜야 할 필요가 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 가시광선의 투과율은 적절한 수준으로 유지해 주면서 높은 효율로 적외선을 차단해 주는 성분으로서, 약 10∼500nm 크기의 산화티탄, 산화아연, 산화인듐, 산화주석, 안티몬 주석 산화물 및 인듐 주석 산화물 중 적어도 하나의 산화물과, 약 10∼500nm 크기의 몰리브덴옥사이드(MoO3), 산화탄탈(Ta2O5), 텅스텐옥사이드(WO3), 오산화바나듐(V205) 및 산화니오브(Nb2O5) 중 적어도 하나의 산화물을 새롭게 개발하고 사용하도록 한 것이다.
이의 첨가량은 조성물 총량 100 기준으로 할 때 약 30 내지 70 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 첨가량이 약 30 중량% 보다 적으면 적외선 차단 효과를 얻기가 어렵고 이의 첨가량이 약 70 중량% 범위 보다 많으면 다른 성분의 첨가량이 감소되어 원하는 특성을 갖는 도막의 형성에 어려움이 있기 때문이다.
한편, 일반적으로 태양광에서 나오는 스펙트럼 중에서 자외선은 인체에는 피부 노화 및 눈의 피로, 백내장 등의 원인이 되며 물품 탈색의 원인이 되어, 특히 유리가 많은 부분을 차지하는 차량이나 건축물의 경우 자외선에 의하여 인체와 실내 물품에 피해가 생기게 되고, 특히 여름철에는 강한 자외선의 차단이 절실하게 요구된다. 자외선의 차단을 위하여 필름 또는 금속코팅을 하는 경우가 있으나 이들은 자외선 뿐 아니라 가시광선까지 차단하므로 시야가 확보되지 않거나 채광이 나빠지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 적외선 차단 성능과 자외선 차단성능을 가지는 복합금속산화물을 사용하는데 약 10∼500nm 크기의 산화티탄, 산화아연, 산화인듐, 산화주석, 안티몬 주석 산화물 및 인듐 주석 산화물 중 적어도 하나, 약 10∼500nm 크기의 몰리브덴옥사이드(MoO3), 산화탄탈(Ta2O5), 텅스텐옥사이드(WO3), 오산화바나듐(V205) 및 산화니오브(Nb2O5) 중 적어도 하나를 사용한다. 적외선 및 자외선 차단복합금속산화물은 무기물로서 내구력은 물론 투명성도 우수할 뿐만 아니라 자외선 차단 기능도 우수하다.
또한, 본 발명의 유리코팅도료에는 고경도 자연경화용 수성 클리어 바인더를 사용하기 때문에 기존의 레벨링제를 사용하지 않아도 코팅후 도막 표면장력의 부분적 차이에 의해 볼록하거나 오목한 파도 모양처럼 나타나는 문제가 발생하지 않아 광택이 우수하고 깨끗한 표면의 외관을 갖는다.
상술한 조성을 갖는 에너지 절감형 유리 코팅용 도료는 창호에 적용되어 태양광선 중 적외선과 자외선은 차단하고 가시광선의 투과율은 높은 수준으로 유지하여 채광성을 유지하면서 건축물에 유입되는 실내온도 상승을 억제시키는 차열 성능을 나타내므로 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 고경도성 자연경화형 수성 클리어 바인더를 포함하는 유리코팅도료는 스프레이코팅, 롤코팅, 슬롯코팅, 스핀코팅, 플로우코팅 그리고 침지코팅 등 코팅 방법에 구애 받지 않고 효율적으로 사용 가능한 동시에 또한, 상기 유리 코팅 도료를 이용하여 유리에 코팅한 후 열 경화가 아닌 자연경화 공정으로도 내구성, 6H 이상의 고경도성 그리고 내비등수성 등이 뛰어난 코팅박막을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 실험예를 제시하였으나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
유리코팅용 고경도성 자연경화형 수성 클리어 바인더를 합성하기 위해 온도계, 콘덴서, 교반기가 장착된 2L의 4구 플라스크를 가열기 내부에 설치한 후, 물(순수) 399.9g, 질산 0.1g을 투입하여 85℃까지 승온 시킨 후 별도의 용기에 테트라에톡시실란 200.0g, 디메틸디메톡시실란 15.0g, 3-글리시독시트리메톡시실란 235.0g을 혼합하여 500RPM 속도로 교반하면서 준비된 플라스크에 천천히 투입한다. 졸-겔 반응이 진행되면서 반응생성물인 알코올을 reflux관을 이용하여 제거하면서 4시간 동안 반응 한 후 반응온도를 60℃로 조절한다. 60℃로 조절된 반응조에 콜로이달 실리카(LoudoxHAS) 150.0g 투입하여 2시간 동안 유지반응시켜 유리 코팅용 고경도성 자연경화형 수성 클리어 바인더를 합성하였다.
[실시예 2]
테트라에톡시실란 190.0g, 디메틸디메톡시실란 20.0g과 3-글리시독시트리메톡시실란 200.0g, 콜로이달 실리카 190.0g 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 유리코팅용 고경도성 자연경화형 수성 클리어 바인더를 합성하였다.
[실시예 3]
테트라에톡시실란 235.0g, 디메틸디메톡시실란 10.0g과 3-글리시독시트리메톡시실란 245.0g, 콜로이달 실리카 110.0g을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 유리코팅용 고경도성 자연경화형 수성 클리어 바인더를 합성하였다.
[비교예 1]
테트라에톡시실란 210.0g, 디메틸디메톡시실란 65.0g, 3-글리시독시트리메톡시실란 245.0g, 콜로이달 실리카 80.0g을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 유리코팅용 수성 클리어 바인더를 합성하였다.
[비교예 2]
테트라에톡시실란 240.0g, 디메틸디메톡시실란 35.0g, 3-글리시독시트리메톡시실란 185.0g, 콜로이달 실리카 140.0g을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 유리코팅용 수성클리어 바인더를 합성하였다.
[비교 예 3]
테트라에톡시실란155.0g, 디메틸디메톡시실란15.0g, 3-글리시독시트리메톡시실란 200.0g, 콜로이달 실리카 230.0g을사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리코팅용 수성 클리어 바인더를 합성하였다.
[실험예 1 내지 6]
상기 실시예, 비교 실시예에 따라 얻어진 수성 클리어 바인더를 복합금속산화물(수 분산 ATO졸)과 고형분 대비 1:1 비율로 혼합하여 유리코팅용 도료를 제조하였다. 이렇게 제조된 유리코팅용 도료의 각각의 저장 안정성을 평가하였다. 이후, 이후 가로 100㎜, 세로 100㎜의 세척된 유리 기판들을 마련한 후 스핀코팅기를 사용하여 유리 기판에 각각의 유리코팅용 도료를 3㎛의 두께로 일정하게 코팅하였다. 이어서, 20 내지 25℃ 온도에서 24시간 동안 자연경화 후 물성시험을 하였다. 그 결과가 하기 표1에 개시되었다. 여기서 각각의 물성평가 방법은 다음과 같다.
(1) 외관 : 코팅된 도막의 외관이 클리어 및 헤이즈, 도막박리, 및 크랙 유무 관찰하였다.
(2) 부착성 : 100/100 1mm cross cut 후, 3M(No. 710) 테이프로 테이핑 한 후 박리를 관찰하였다. 이때 양호는 도막이 테이프에 탈착되지 않은 상태이고, 불량은 탈착되어 도막이 박리된 상태를 나타낸다.
(3) 연필경도 : 경도 별로 연필을 45ㅀ각도의 기기에 끼워 1kg 하중에서 연필을 도막에 그어 평가를 확인하였다. 5개 선을 그어 3개 이상 양호하면 연필경도를 만족하는 것으로 나타낸다.
(4) 저장 안정성 : 제조된 코팅액을 60ml 용기에 샘플링하여 60℃ 오븐에 보관하여 액의 경시변화를 관찰 하였다. 60℃에서 7일 경과시 상온에서 약 12개월 안정성을 나타내는 것으로 판단하였으며, 저장성 기준은 60℃에서 7일 이상 나타내는 것을 액 안정성이 우수한 것으로 판단하였다.
(5) 내비등수성 : 100℃ 비등수에 30분간 침지한 후 도막에 주름, 균열, 팽창, 벗겨짐, 광택의 감소, 흐림, 백화, 변색등의 유무 정도를 관찰 하였다. 관찰한 후 100/100 1mm cross cut을 실시하고, 3M(No. 710) 테이프로 테이핑 한 후의 박리를 관찰하였다. 이때 양호는 도막이 테이프에 탈착되지 아니한 상태이고, 불량은 탈착되어 도막이 박리된 상태를 나타낸다.
[표 1] 시험항목 평가결과
Figure 112014096959715-pat00001
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 바인더가 적용된 유리코팅용 도료(실험예 1 내지 3)의 경우 요구되는 물성인 외관, 부착성, 연필경도, 저장 안정성 및 내비등수성 등에서는 만족할 만한 결과가 나타난 것이 확인되었다. 하지만, 실험 예 4는 알킬기-함유 실란의 함량이 많이 존재하여 코팅 외관이 헤이즈하고, 부착성이 떨어질 뿐만 아니라 콜로이달 실리카의 함량이 적어 고경도성을 갖지 못하는 것이 확인되었다. 실험예 5는 에폭시기-함유 실란의 함량이 작아 내비등수성 그리고 저장 안정성 등이 불량하고, 실험 예 6은 콜로이달 실리카의 함량이 많이 존재하여 자연경화 후 코팅표면에 크랙이 발생해 부착성 등의 물성이 부적합한 것이 확인되었다.

Claims (7)

  1. 적외선 및 자외선을 차단하는 복합금속산화물 30 내지 70 중량부;
    TVOC 값이 50 내지 200g/L의 범위를 갖는 고경도성 자연경화형 수성 클리어 바인더 30 내지 70 중량부; 및
    물 1 내지 30 중량부를 포함하되,
    상기 고경도성 자연경화형 수성 클리어 바인더는 알킬기를 갖는 실란 커플링제 1 내지 5 중량%, 알콕시기를 갖는 실란 커플링제 15 내지 25 중량%, 에폭시기를 갖는 실란 커플링제 20 내지 30 중량%, 수성 콜로이달 실리카 10 내지 20 중량%, 산 안정제 0.01 내지 0.3 중량% 및 여분의 물을 졸-겔 반응시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지절감형 유리코팅도료.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 알킬기를 갖는 실란 커플링제는 메틸트리클로로실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리부톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리이소프로폭시실란, 에틸트리부톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 디메틸디아미노실란, 디메틸디클로로실란, 디메틸디아세톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디부틸디메톡시실란, 트리메틸클로로실란, 메틸트리(메트)아크릴옥시실란, 메틸[2-(메트)아크릴옥시에톡시]실란, 메틸트리스(3-메틸-3-옥세탄메톡시)실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 에너지절감형 유리코팅도료.
  3. 제 1항에 있어서, 알콕시기를 갖는 실란 커플링제가 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 헥사에톡시디실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 에너지절감형 유리코팅도료
  4. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시기를 갖는 실란 커플링제가 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-클리시독시프로필(메틸)디에톡시실란, β-(3, 4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 에너지절감형 유리코팅도료
  5. 제 1항에 있어서, 졸-겔 반응으로 수득되는 고경도성 자연경화형 수성 클리어 바인더는 상기 졸-겔 반응시 생성된 알코올을 제거함으로 인해 알코올을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 에너지절감형 유리코팅도료
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