KR101806792B1 - 김서림 방지를 위한 친수 및 발수 하이브리드 코팅막 - Google Patents

Abstract

김서림이 방지되는 코팅막이 개시된다.
본 발명에 따른 김서림 방지를 위한 코팅막은 기재의 상부에 형성되는 친수 코팅막과, 상기 친수 코팅막의 상부에 형성되는 발수 코팅막으로 이루어지고, 상기 발수 코팅막에는 복수 개의 기공이 형성된다.

Description

김서림 방지를 위한 친수 및 발수 하이브리드 코팅막{hybrid coating layer having hydrophilic and hydrophobic properties}

본 발명은 김서림 방지를 위한 친수 및 발수 하이브리드 코팅막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기재의 상부에 친수 물질을 코팅한 후 그 위에 발수 물질을 코팅함으로써 김서림 방지 특성의 내구성을 향상시키고, 또한 방오 및 세정 특성을 부여할 수 있는 친수 및 발수 하이브리드 코팅막에 대한 것이다.

일반적으로 김서림은 기재의 표면온도가 대기중의 이슬점 온도보다 낮아지는 경우 표면에 수분이 응축함으로써 김fog)이 생기게 되는 것을 말한다. 이와같은 김서림 현상은 광학렌즈, 디스플레이 및 생활분야 등 전반적인 산업분야에서 발생할 수 있다. 특히, 광학적 분야에서는 광학적 투과도가 떨어지게 되므로 광학기기를 사용하는 사용자의 불편을 초래하게 된다.

김서림 방지를 위해 여러 가지 방법이 채택되고 있으나, 현재까지는 표면에 친수성 물질을 코팅하여 김서림 방지 효과를 부여하는 방법이 많이 사용되고 있다. 종래의 김서림 방지제는 계면활성제를 주성분으로 하는 제품이 많이 사용되고 있으나 김서림 방지 효과가 지속적이지 못하고, 코팅막의 강도가 약해 내구성에 문제가 있다.

또한 알코올 및 글리코류를 주성분으로 하는 김서림 방지제는 계면활성제를 주성분으로 하는 상기 제품보다 내구성은 우수하나 장기간 지속되지 못하고, 김서림 현상이 해소된 후 건조시에 유리면에 얼룩이 발생하는 등 미관상 불량하고 시야를 방해하는 단점이 있다. 또한 플라즈마 처리법에 의해 표면에 친수성 라디칼을 만들어 김서림 효과를 부여하는 방법도 있지만, 시간이 지남에 따라 친수 특성이 급속히 감소하는 경향이 있으며, 대면적 처리가 어렵고 공정비용이 높아 상용화에 어려움이 있다.

친수 코팅의 내구성 향상을 위한 종래 기술로는 친수성 아크릴계 수지를 이용한 방법이 제안되고 있지만, 우수한 내마모성을 부여하기 위해서는 김서림 방지효과가 떨어져 상용화하기 어려운 단점이 있다.

또한 친수 및 발수 물질로 구성된 랜덤 공중합체 및 계면활성제로 구성된 혼합물을 투명성 물질 표면에 필름으로 형성시키는 방법이 개시되어 있으나, 이 또한 시간이 지남에 따라 김서림 방지 효과가 감소하며, 다량의 계면활성제 사용으로 인해 강도 및 접착력이 떨어지는 단점이 있다.

친수 물질의 내구성을 향상시키기 위해, 무기 알콕사이드를 이용하여 금속산화물을 제조하고, 이를 친수 특성을 갖는 유기폴리머에 도입한 후 열 경화하여 표면경도를 향상시키기도 하나 계면활성제를 사용하는 종래 방법에 비해 김서림 방지 효과가 떨어지며, 적용된 무기물들이 화학적 결합을 이루지 못해 분리되는 단점이 있다.

친수 물질의 특성상 내구성이 약하거나 감소하는 이유는 여러 가지가 있으나, 무엇보다도 표면의 친수 물질이 마모되거나, 표면의 오염 등으로 인한 친수 특성 변화가 주요 원인이다. 이를 개선하기 위해 코팅막의 경도를 향상시키고, 표면에 오염물의 흡착을 억제하는 방안이 필요하다.

대한민국 등록특허공보 제10-0798746호 대한민국 등록특허공보 제10-0665618호 대한민국 등록특허공보 제10-0297952호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 김서림 방지효과가 우수한 코팅막을 제공하려는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 김서림 방지를 위한 코팅막은 기재의 상부에 형성되는 친수 코팅막과, 상기 친수 코팅막의 상부에 형성되는 발수 코팅막으로 이루어지고, 상기 발수 코팅막에는 복수 개의 기공이 형성된다.

본 발명에 따른 김서림 방지를 위한 코팅막은 기재의 상부에 형성되는 친수 코팅막과, 상기 친수 코팅막의 상부에 형성되는 발수 코팅막으로 이루어지고, 상기 발수 코팅막은 복수 개의 기둥 형상의 발수 코팅막으로 형성된다.

본 발명에 따른 김서림 방지를 위한 코팅막은 기재의 상부에 형성되는 친수 코팅막과, 상기 친수 코팅막의 상부에 형성되는 발수 코팅막으로 이루어지고, 상기 발수 코팅막은 복수 개의 나노 입자로 형성된다.

본 발명에 따른 김서림 방지를 위한 코팅막은 기재의 상부에 형성되는 친수 코팅막과, 상기 친수 코팅막의 상부에 형성되는 발수 코팅막으로 이루어지고, 복수 개의 발수성을 갖는 나노입자가 친수 코팅막에 함침되어 발수 코팅막을 형성한다.

본 발명에 따르면, 친수 물질을 코팅한 후 그 위에 내구성이 있는 발수 물질을 코팅함으로써, 하부 친수 코팅막의 마모를 억제하여 김서림 방지 특성의 내구성을 향상시키고, 또한 상부 발수 코팅막의 고유기능인 오염방지 및 자가세정 기능을 부여할 수 있다.

도 1은 친수 코팅막의 상부에 형성되는 발수 코팅막에 기공을 형성한 것을 나타낸 것이다.
도 2는 친수 코팅막의 상부에 기둥 형상의 발수 코팅막을 형성한 것을 나타낸 것이다.
도 3은 친수 코팅막의 상부에 나노 입자로서 발수 코팅막을 형성한 것을 나타낸 것이다.
도 4는 친수 코팅막의 상부에 발수성을 갖는 나노 입자를 함침하여 발수 코팅막을 형성한 것을 나타낸 것이다.
도 5는 마모 테스트 전과 후의 김서림테스트에 대한 명시성을 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 김서림 방지를 위한 친수-발수 하이브리드 코팅 방법은 우선, 기재(substrate) 위에 친수 물질을 코팅하여 친수 코팅막을 형성하는 단계와, 친수 코팅막의 상부에 발수 물질을 코팅하는 발수 코팅막을 형성하는 단계를 포함한다.

기재 위에 친수 코팅막을 형성하는 단계에서, 상기 기재는 유리, 플라스틱 계열, 금속, 세라믹 등으로 이루어질 수 있으며, 친수 코팅 전에 표면에 유기물 및 기타 오염물을 제거하기 위한 세정이나 에칭 공정이 진행될 수 있다. 상기 세정 공정이나 에칭 공정은 플라즈마를 사용한 건식 방법이나 스프레이 등을 이용한 습식 방법 등 통상적으로 사용되는 방법으로 수행될 수 있다.

상기 친수 물질은 친수특성을 갖는 모노머와 고분자 및 친수 특성을 갖는 세그먼트(segment)가 함유된 물질로 구성될 수 있으며 이때 친수 특성을 나타내는 물 접촉각은 0도 이상 40도 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0도 이상 20도 이하일 수 있다.

상기 친수 물질은 구체적으로는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜, 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴아미드 등의 고분자와 이를 개질한 물질이 함유된 복합소재 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 공중합체가 포함될 수 있다.

또한 실란 화합물이 중합되어 바인더로 사용하거나, 실란 화합물이 실리카 표면에 코팅되어 친수성을 발현할 수 있다. 이에 사용되는 실란화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 친수성을 발현할 수 있도록 표면을 개질한 무기 산화물 입자도 포함될 수 있는데, Si, Ti, Zn, Al 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

상기 기재의 상부에 친수 물질을 코팅하는 방법은 스프레이 코팅, 딥핑, 스핀코팅, 바 코팅 등의 습식 방법과 플라즈마 등을 사용한 건식 방법으로 수행할 수 있다.

친수 물질의 코팅 두께는 광 투과도 향상을 위해 낮은 것이 바람직하나, 김서림 방지 효과의 향상을 위해 적절한 두께의 선택이 중요하다. 이를 위한 코팅 두께는 코팅막의 건조시에 발생하는 균열을 억제하기 위해 15 um 이하가 적당하나 균열의 정도, 김서림 방지 및 광 투과도를 고려하여 조절할 수 있다. 광 투과도를 고려할 경우 20nm~500nm가 바람직하고, 김서림 방지 효과를 향상시키고자 할 경우 1um~12um가 바람직하다.

친수 물질을 코팅한 후 코팅막의 강도와 기재와의 접착성을 위하여 경화 공정 또는 건조 공정을 더욱 수행할 수 있다.

이어서, 친수 코팅막 상부에 발수 코팅막을 형성한다. 발수 물질의 코팅은 하부에 형성된 친수 코팅막의 김서림 방지 기능이 충분히 발현될 수 있도록 코팅하는 것이 중요하다. 친수 코팅막의 전체를 도포하는 발수 코팅으로는 김서림이 발생할 경우 효과를 나타내기 어렵다.

발수 코팅막을 형성하는 발수 물질로는 일반적으로 표면장력이 낮은 물질을 사용할 수 있다. 이를 위해 가장 많이 사용되는 것은 실리콘 원소를 포함하는 화합물 및 불소원소를 포함하는 화합물일 수 있다. 또한 극성이 작은 하이드로 카본 계열의 왁스류가 사용될 수 있다.

구체적으로는 폴리디메틸실록산, 폴리비닐실록산, 폴리페닐메틸실록산, 헥사메틸디실록산 등으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종이상 사용할 수 있는 실록산 화합물 실란화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종이상 사용할 수 있는 실란 화합물, 헥사메틸디실라잔, 폴리실라잔과 같은 규소-질소 결합이 있는 실라잔 화합물 퍼플루오로알킬기 또는 퍼플루오로알케닐기 등과 퍼플루오르화 탄소 결합을 갖는 불소 화합물 등이 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 발수성을 발현할 수 있도록 표면을 개질한 무기 산화물 입자도 포함될 수 있는데 구체적으로는 Si, Ti, Zn, Al, Mn 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

상기 발수 물질은 표면에 놓여진 물과의 접촉각이 70도 이상을 나타내며 구체적으로는 90도 이상 170도 이하인 것이 바람직하다. 상기 발수성을 갖는 물질은 분자의 일면에 이온성 작용기 등을 포함하는 구조가 일반적이며, 이러한 화합물이 발수 효과를 내는 것은 코팅 후 표면으로 이동하여 공기면과 접촉하여 극성이 작은 부분이 최외각에 분포하게 되어 물을 밀어 내거나 또는 오염물질을 밀어내는 특성을 나타내게 한다.

예를들어, 상기 실록산 화합물은 하이드로 카본 등으로 이루어진 작용기를 가지고 있는데, 이러한 작용기는 코팅 후 표면으로 배향하여 물방울 단위를 밀어내는 역할을 한다.

이하, 효과적인 발수 코팅막을 형성하는 것을 설명한다.

친수 코팅막의 상부에 발수 코팅막을 형성하는 방법으로, 도면 1과 같이, 일정한 크기의 기공(porosity)을 갖는 발수 코팅막을 형성한다. 이때 형성되는 기공의 크기는 1um 이하 일 수 있으나 광투과율 을 고려할 경우 빛의 산란을 억제할 수 있는 20nm 이상 100nm 이하가 바람직하다.

기공이 차지하는 면적은 하부 친수 코팅막의 김서림 방지 기능을 고려할 때 전체 면적 대비 50%~80%가 바람직하다. 이때 본 발명에서 언급되는 전체 면적은 친수 코팅이 된 기재의 면적을 말한다. 친수 코팅막도 표면에 기공을 가질 수 있기 때문에 코팅된 기재의 면적과 친수 코팅 자체 면적이 다소 틀릴 수 있다.

상기 발수 코팅막의 두께는 발수 코팅막의 내구성과 발수 기능을 확보함과 동시에 하부 친수 코팅막의 김서림 방지효과를 위하여 500nm 이하 일 수 있으나, 20nm이상 200nm 이하가 바람직하다.

상기 구조는 대기 및 외부조건에 의해 물입자의 응축으로 인한 김서림 현상이 발생 할 경우 다음과 같이 동작한다.

물입자 응축이 시작함에 따라 상부에 형성된 발수 코팅막 위에 물입자는 수막(water film) 형태가 아닌 물방울(water drop)형태로 존재하며, 이와 동시에 물입자는 하부 친수 막의 높은 표면에너지로 인해 빠르게 기공을 통하여 하부 친수 코팅막으로 침투하여 수막을 형성하고 김서림을 방지한다. 또한 김서림을 발생시키는 작은 크기의 물입자가 아닌 빗방울과 같은 크기가 큰 물방울의 경우 상부 발수 막의 발수 특성으로 인해 제거될 수 있다.

상기 발수 코팅막은 내구성이 우수하기 때문에 하부에 형성된 친수 코팅막의 마모를 억제할 수 있고 발수 코팅막의 본연의 기능인 발(방)수, 오염방지 및 자가세정 특성을 나타낼 수 있다.

상기 상부에 형성된 발수 코팅막은 막의 강도와 기재와의 접착성을 위하여 경화 공정 또는 건조 공정을 진행할 수 있다.

상기 발수 코팅은 습식 방법 및 건식 방법을 사용하여 바텀-업(bottom-up) 형태로 기공을 갖는 발수 코팅막을 생성할 수 있고 탑-다운(Top-down)방식으로 발수 박막을 형성 후 식각공정을 거쳐 기공을 생성할 수도 있다.

상부에 발수 코팅막을 구현하는 다른 방법으로, 도 2를 참조하면, 하부 친수 코팅막 위에 일정한 형태의 모양을 갖는 발수 코팅막을 형성할 수 있다. 일정한 형태의 모양은 기둥 형태가 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.

이때 형성되는 기둥의 높이는 1um 이하 일 수 있으나 광투과 율을 고려할 경우 빛의 산란을 억제할 수 있는 20nm 이상 100nm 이하가 바람직하다.

일정한 형태의 모양이 차지하는 면적은 하부 친수 코팅막의 김서림 방지 기능을 고려할때 친수 코팅이 된 기재 전체 면적 대비 50%~80%가 바람직하다.

상기 발수 코팅막의 두께는 발수 막의 내구성과 발수 기능을 확보함과 동시에 하부 친수 막의 김서림 방지효과를 위하여 500nm 이하 일 수 있으나, 20nm이상 200nm 이하가 바람직하다.

상기 발수 코팅은 습식 방법 및 건식 방법을 사용하여 바텀-업(bottom-up) 형태로 기둥을 갖는 발수 코팅막을 생성할 수 있고 탑-다운(Top-down)방식으로 발수 박막을 형성 후 식각공정을 거쳐 기둥을 생성할 수도 있다.

상부에 발수 코팅막을 구현하는 다른 방법으로, 도면 3과 같이, 하부의 친수 코팅막 위에 발수 입자를 코팅하여 구현한다.

일반적으로 발수 코팅제는 코팅 막을 형성할 때, 고분자의 선형 올리고머 형태로 필름형태로 형성될 수 있지만 또한 작은 구형 형태의 나노 입자로 막을 구성할 수 도 있다.

이때 상부 발수 코팅막이 하부 친수 코팅막을 전체 도포되지 않고 하부 친수 코팅막이 김서림 방지효과를 나타낼 수 있도록 조절하는 것이 중요하다. 발수 나노 코팅입자가 하부 친수 코팅막 면적 대비 70% 이상이 코팅되면 김서림 방지효과가 현저하게 줄어든다.

구체적으로는 하부 친수 코팅막의 김서림 효과를 위하여 상부 발수 나노 코팅입자가 20% 이상 50%이하가 바람직하다. 발수 나노 코팅입자의 크기는 300nm 이하일 수 있으나 광투과율과 발수특성을 고려하여 5nm이상 100nm이하가 바람직하다.

이와 같은 구조 역시, 김서림의 원인이 되는 작은 물입자가 표면에 있을 경우, 하부에 형성된 친수 코팅막의 높은 표면 에너지로 인해 빠르게 친수 코팅막으로 이동하여 수막을 형성하고 김서림을 방지한다. 또한 빗방울과 같은 크기가 큰 물방울의 경우 상부의 발수 코팅막의 발수 특성으로 인해 제거될 수 있다. 발수 코팅에서 사용되는 나노입자의 종류와 직경 및 하부의 친수 코팅막의 커버리지에 따라 발수 효과가 변할 수 있다.

상기 친수 코팅막의 상부에 형성되는 발수 코팅막은 막의 강도와 기재와의 접착성을 위하여 경화 공정 또는 건조 공정을 진행할 수 있다.

친수 코팅막의 상부에 발수 코팅막을 구현하는 다른 방법으로, 도면 4과 같이, 발수 나노 코팅입자가 하부에 형성되는 친수 코팅막의 바인더 매트릭스에 부분적으로 함침(embedded) 코팅 된 후 경화 공정을 통해 하부 친수 코팅막과 함께 모노리식(monolithic)한 막을 형성한다. 상기 방법을 통해 발수 나노 코팅입자는 하부 친수 막에 반영구적으로 고정될 수 있다.

상기 방법은 전 단계 하부 친수 코팅막의 형성 후 친수 코팅막을 경화 또는 건조 공정을 거치지 않는다.

이때 부분적으로 함침되는 상부의 발수 나노 코팅입자는 하부의 친수 코팅막의 김서림 효과를 고려할 때 전체 면적 대비 20% 이상 50%이하가 코팅되는 것이 바람직하며, 나노 코팅입자의 크기는 300nm 이하일 수 있으나 광투과율과 발수특성을 고려하여 5nm이상 100nm이하가 바람직하다.

이와 같은 코팅막의 구조 역시, 김서림의 원인이 되는 작은 물입자가 표면에 발생할 경우 하부에 형성된 친수 코팅막의 높은 표면 에너지로 인해 빠르게 친수 코팅막으로 이동하여 수막을 형성하고 김서림을 방지한다. 또한 빗방울과 같은 크기가 큰 물방울의 경우 상부 발수 막의 발수 특성으로 인해 제거될 수 있다. 한편, 상기 구조는 발수 나노입자의 종류와 직경 및 하부 친수 막의 커버리지에 따라 발수 막의 효과가 변할 수 있다.

상기 발수 코팅막이 코팅 된 후, 상기 발수 코팅막은 막의 강도와 기재와의 접착성을 위하여 경화 공정 또는 건조 공정을 진행할 수 있다.

〈비교예 1〉

비이커에 일정한 증류수를 넣고 폴리아크릴아미드 0.5중량% 폴리아크릴산 1.5 중량% 를 천천히 투입하면서 70도에서 천천히 교반하여 혼합용액을 얻는다. 혼합용액을 상온에서 냉각시킨 후 술포숙신산 에스테르염 4.5 중량%와 실리콘 글리콜 공중합체 1.0 중량%를 상기 혼합용액에 투입시킨후 20분간 교반기에 100rpm으로 교반한다. 교반 중인 혼합용액에 메틸알코올 20 중량%를 투입한 후 1시간 더 교반시켜 용액을 얻는다.

해당 용액을 스프레이 코팅방법으로 유리 위에 코팅한다. 코팅 후 50도에서 2분간 건조한다.

〈비교예 2〉

100mL용량의 비이커에 에탄올 1.2g을 넣고 실란 화합물인 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(MPTMS) 2.5g과 티타늄에톡사이드(titanium(IV) ethoxide) 0.1g을 상온에서 천천히 투입하면서 교반하여 균일하게 혼합한다.

혼합용액에 1M 농도의 HCl 용액 0.8g을 첨가한 후 2시간 동안 100도에서 교반한 후, 상온으로 냉각시킨 후 다시 12시간 교반하여 제조한다.

증발기를 이용하여 제조된 용액 안의 에탄올을 증발시킨 후 증류수 1.2g을 첨가하여 상온에서 1시간 균일하게 교반시킨다. 이때 pH는 2.6으로 확인되었다. 가수분해시 생성된 부산물인 메탄올을 증발시키고 마지막으로 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 0.4g 첨가하여 상온에서 2시간 교반하여 해당 용액을 얻는다.

얻어진 용액을 스프레이 방법을 사용하여 유리 위에 코팅한다. 코팅 후 80도에서 10분간 건조하여 샘플을 얻는다.

〈실시예 1〉

발수 특성을 지닌 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)과 경화제(Dowconing SYLGARD 184B)를 9:1의 비율로 혼합한다. 혼합되어진 용액을 열경화시켜 스탬프를 제조한다.

비교예 2에서 얻어진 샘플 위에 제조된 스탬프를 접촉시키고 2시간 동안 UV를 조사한 후, 기재로부터 스탬프를 분리한다.

〈실시예 2〉

비이커에 20nm 크기의 실리카 분말 4g을 용매로 사용되는 MIK(메틸-이소부틸-케톤) 50mL에 넣고 분산시킨다. 분산된 용액에 HMDS(헥사메틸디실라잔) 100m를 첨가하고 24시간 동안 50도에서 교반하여 균일하게 혼합시킨다. 혼합된 용액을 10분 동안 150도에서 건조하여 트리메틸실록산 그룹이 포함된 발수성 실리카 나노입자를 얻는다.

비교예 2에서 얻어진 친수 코팅용액을 유리 위에 코팅한 후 별도의 경화나 건조 과정 없이 겔(gel)상태의 친수 코팅막 위에 제조한 발수성 나노입자를 균일하게 도포한다. 그 후 가압 프레싱(pressing) 공정을 사용하여 발수 물질이 친수코팅 막에 함침되도록 한다.

가압 한 후 1시간이 지난 후 표면 위 함침되지 않거나 친수표면과 결합하지 않은 입자들을 바람 등을 사용하여 제거한 뒤 해당 샘플을 얻는다.

〈실시예 3〉

비이커에 실리카 입자 1g을 에탄올 100ml에 넣고 5분간 상온에서 분산시킨다. 이후 불소계 실란인 트리플루오로프로필트리메톡시실란 (3,3,3-Trifluoropropyltrimethoxysilane) 3g을 투입한 후 암모니아 6g을 넣어 염기조건으로 조절한다. 이때 PH는 11.2로 확인되었다. 혼합된 용액을 50도씨 100rpm으로 12시간 천천히 교반한다. 반응이 종료되면 에탄올을 이용하여 10분간 3회 원심분리를 통해 반응하지 않은 실란을 제거한다. 이후 50도에서 건조하여 발수성 입자를 얻는다.

이후 실시예 2와 같이 비교예 2에서 얻어진 샘플 위에 도포하고 가압공정을 거쳐 해당샘플을 얻는다.

이와 같이 준비된 비교예들과 실시예들을 평가하여 표-1에 나타내었다. 표 1에서는 코팅소재의 접촉각, 투과도, 김서림 방지 및 코팅 외관을 각각 평가하였다.

접촉각 측정 방법으로는 표면에 액적을 놓은 후 액적의 모양을 이용하는 Sessile Drop 방법을 이용하였으며, 접촉각 측정기기로는 KRUSS사 DSA100을 이용하였다. 코팅막에 일정한 양의 물과 CH₂I₂ 을 4번씩 떨어뜨려서 평균을 계산하였다.

김서림 방지 테스트는 수증기 발생장치를 사용하여 코팅면에 1분 동안 수증기를 발생시킨 후 반대편 문자의 명시성을 가지고 판단하였다. 반복적으로 3회 실험 후 불량, 보통, 양호의 3가지로 육안 판정하였다.

기재와의 밀착성 테스트는 기재 깊이까지 피막을 절단하여 1×1 mm² 면적의 눈수를 100개 만들어 셀로테이프를 붙이고 박리시험을 진행하였다. 이때 박리되는 눈수에 따라 불량(30이상), 보통(30이하), 양호(박리없음)의 3가지로 판정하였다.

방오 테스트는 대기중에 5일 방치 후 기재 표면상 오염정도에 따라 불량, 보통, 양호의 3가지로 육안 판정하였다.

자가 세정 테스트는 코팅 표면에 활성탄 가루를 뿌린 후 기재를 15도 기울이고, 물을 흘리면서 활성탄 가루가 표면에서 제거되는 것을 확인하였다. 제거되는 정도에 따라 불량, 보통, 양호의 3가지로 육안 판정하였다.

마모테스트는 RCA 마모시험기를 사용하였으며 마모제로는 양면범포 #10(JIS L 3102)를 사용하여 왕복 100회를 실시하였다.

평가항목		비교예1	비교예2	실시예1	실시예2	실시예3
접촉각(˚)	Water	17	14	92	115	127
	CH2I2	21	18	48	62	75
김서림 방지		양호	양호	양호	양호	양호
밀착성		보통	양호	양호	양호	양호
방오성		불량	불량	양호	양호	양호
자가세정		불량	불량	양호	양호	양호
마모 테스트 후
접촉각(°)	Water	35	32	82	110	123
	CH2I2	33	36	43	53	73
김서림 방지		불량	불량	양호	양호	양호
밀착성		(측정불가)	(측정불가)	양호	양호	양호
방오성		불량	불량	양호	양호	양호
자가세정		불량	불량	양호	양호	양호

위 〈표 1〉에서 보는 바와 같이, 김서림 방지 특성과 내구성을 위한 마모 테스트는 친수 코팅막을 형성한 비교예들에 비하여, 친수 코팅막의 상부에 발수 코팅막을 형성한 실시예들이 양호한 김서림 방지, 밀착성, 방소성 및 자가세정에서 양호한 특성을 보여주고 있을 보여주고 있다. 참고로, 도 5는 마모 테스트 전과 후의 김서림테스트에 대한 명시성을 보여주고 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

100 : 기재(substrate)
200 : 친수 코팅막
300 : 발수 코팅막

Claims (9)

1. 삭제
2. 기재를 준비하는 단계와,
   상기 기재 상에 친수성 코팅막을 형성하는 단계와,
   상기 친수성 코팅막의 상부에 발수성 나노입자를 함침(embedded)하는 단계를 포함하고,
   상기 발수성 나노입자의 함침 면적은 친수성 코팅막의 20% 내지 50% 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
   
3. 에탄올과 3-메타크릴옷시프로필트리메톡시실란과 티타늄에톡사이드를 상온에서 교반하여 혼합용액을 얻는 단계와,
   상기 혼합용액에 HCl을 첨가하여 100도 온도에서 교반 후 상온으로 냉각시킨 후 교반하는 단계와,
   증발기를 이용하여 냉각된 혼합용액에 포함된 에탄올을 증발시킨 후 증류수를 첨가하여 상온에서 교반하는 단계와,
   가수분해 시 생성된 메탄올을 증발시키고 그리시딜 메타크릴레이트를 첨가하여 상온에서 교반하는 단계를 포함하는 코팅액 제조방법.
   
4. 실리카 분말을 메틸-이소부틸-케톤에 넣고 분산시킨 후, 상기 분산된 용액에 헥사메틸디실라잔을 첨가하고 50도 온도에서 교반한 다음 건조하여 발수성 실리카 나노입자를 얻는 단계와,
   청구항 3에 따른 코팅액을 유리 위에 코팅한 후 발수성 실리카 나노입자를 균일하게 도포하는 단계와,
   가압 프레싱으로 발수 물질이 친수코팅 막에 함침되도록 하는 단계를 포함하는 코팅 방법.
   
5. 실리카 입자를 에탄올에 넣고 분산시킨 후 트리플루오로프로필트리메톡시실란을 투입한 후 암모니아를 넣어 염기조건으로 조절하는 단계와,
   상기 혼합용액을 50도 온도에서 교반하는 단계와,
   혼합용액에 에탄올을 사용하여 실란을 제거한 후 발수성 입자를 얻는 단계와,
   청구항 3에 따른 코팅액을 유리 위에 코팅한 후 발수성 실리카 나노입자를 균일하게 도포하는 단계와,
   가압 프레싱으로 발수 물질이 친수코팅 막에 함침되도록 하는 단계를 포함하는 코팅 방법.
   
   
   
   
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images