KR101825102B1 - 글리시돌 함유 실록산에 의한 재료 친수화 방법 - Google Patents

글리시돌 함유 실록산에 의한 재료 친수화 방법 Download PDF

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Abstract

기재를 제공하는 단계; 상기 기재의 표면에 하기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머를 적용하고 화학적으로 고정시켜 실록산 개질된 표면을 제공하는 단계; 및 상기 실록산 개질된 표면에 하기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물을 적용하고 반응시켜 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 가진 실록산 코팅을 형성하는 단계를 포함하는, 재료 표면에 친수성을 부여하는 방법이 제공된다:
[화학식 1]
Figure 112012091630848-pat00025

여기서, R1, R2, 및 R3는, 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로, 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고, A는 단일결합 또는 C1 내지 C5의 알킬렌기이며, n은 2 내지 30의 범위이고;
[화학식 2]
Figure 112012091630848-pat00026

상기 화학식 2에서, R은 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1-C3의 알킬기, 또는 C1-C3의 히드록시알킬기이고, L은 치환 또는 미치환의 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기임.

Description

글리시돌 함유 실록산에 의한 재료 친수화 방법{METHODS OF MATERIALS HYDROPHILIZATION BY GLYCIDOL CONTAINING SILOXANES}
개질된 재료(modified material)의 제조에 관한 것으로, 다양한 재료에 친수성 표면 물성을 부여할 수 있는 기술에 대한 것이다.
폴리오르가노실록산(polyorganosiloxane) 및 폴리디오르가노실록산 (polydiorganosiloxane)의 혼합물을 포함하는 조성물을 사용한 텍스타일 재료의 친수성 처리 방법이 존재한다[참조: 독일 특허 제 3932276호(텍스타일 처리용 조성물 및 가공 방법)]. 상기 방법에서 사용된 폴리오르가노실록산은 친수성을 가지지만 수불용성(water-insoluble) 화합물이다. 섬유 재료 처리시 유화 능력을 증가시키기 위해 계면 활성제로서의 역할을 하는 다른 폴리오르가노실록산을 첨가한다. 이러한 방법의 단점은 유화액의 불안정성, 즉, 그의 응집 능력인데, 이는 적용된 폴리오르가노실록산의 물성에 기인한 것이다.
상이한 물성을 가진 섬유들로부터 제조된 텍스타일 재료에 친수성을 부여하는 다른 방법도 존재한다 [참조: 러시아 특허 제2370583호(옥시알킬렌오르가노실록산 블록-코폴리머를 이용하여 섬유 재료에 친수성을 부여하는 방법)]. 이러한 방법은 섬유 재료의 1 내지 5 중량%의 양으로 옥시알킬렌오르가노실록산을 사용한다.
일 구현예에 따라 다양한 재료의 표면에 친수성을 부여하는 방법이 제공된다.
다른 일 구현예에 따라, 상기 방법에 의해 친수성으로 개질된 표면을 가진 물품(article)이 제공된다.
일 구현예에 따르면, 재료의 표면에 친수성을 부여하는 방법은, 기재를 제공하는 단계; 상기 기재의 표면에 하기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머를 적용하고 화학적으로 고정시켜 실록산 개질된 표면을 제공하는 단계; 및 상기 실록산 개질된 표면에 하기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물을 적용하고 반응시켜 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 가진 실록산 코팅을 형성하는 단계를 포함한다:
[화학식 1]
Figure 112012091630848-pat00001
여기서, R1, R2, 및 R3는, 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로, 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고, A는 단일결합 또는 C1 내지 C5의 알킬렌기이며, n은 2 내지 30의 범위이고;
[화학식 2]
Figure 112012091630848-pat00002
여기서, R은 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1-C3의 알킬기, 또는 C1-C3의 히드록시알킬기이고, L은 치환 또는 미치환의 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기이다. 여기서“치환”이라 함은, 해당 잔기 내에 존재하는 하나 이상의 수소가 C1 내지 C3의 알킬기, 히드록시기, 또는 이들의 조합으로 대체되는 것을 의미한다.
상기 기재는, 유기 재료, 무기 재료, 또는 유무기 복합 재료로 이루어지고, 그 표면에 히드록시기, 카르복시기, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 기재는 그 표면에 히드록시기, 카르복시기, 또는 이들의 조합을 포함하도록, 코로나 처리; 자외선 처리; 플라즈마 처리; 또는 과산화수소, 헥사불화이소프로판올, 또는 산을 사용한 화학적 처리를 거칠 수 있다.
상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머는 올리고(아미노프로필)에톡시실란, 올리고(아미노프로필)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)메톡시실란, 올리고(아미노펜틸)에톡시실란, 올리고(아미노펜틸)메톡시실란 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머는, 4 내지 16의 n 값을 가질 수 있다.
상기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물은, 옥시라닐메탄올, (3-프로필-2-옥시라닐)메탄올, 옥시라닐에탄올, 2-(2-메틸-2-옥시라닐)에탄올, 옥시라닐프로판올, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
상기 실록산 올리고머를 상기 기재 표면에 적용하고 화학적으로 고정시키는 것은 상기 실록산 올리고머를 포함하는 용액으로 상기 기재 표면을 적시고, 이를 건조, 가열, 또는 건조 및 가열하는 것을 포함할 수 있다.
상기 실록산 올리고머를 포함하는 용액은 상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머를 C1 내지 C10의 알코올 내에 0.05 내지 10 중량%로 용해시켜 준비될 수 있다.
상기 실록산 개질된 표면에 상기 글리시돌 화합물을 적용하고 반응시키는 것은, 상기 글리시돌 화합물을 포함하는 용액으로 상기 실록산 개질된 표면을 적시고, 이를 건조 및 가열하는 것을 포함할 수 있다.
상기 글리시돌 화합물을 포함하는 용액은 상기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물을 C1 내지 C10의 알코올 내에 1 내지 50 중량%로 용해시켜 준비될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 친수성으로 개질된 표면을 가진 물품은, 기재 및 상기 기재의 표면 상에 형성된 오르가노 실록산 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 하기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머 또는 이로부터 유래된 폴리실록산과 하기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물 간의 반응에 의해 생성된 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 포함하며, 상기 실록산 올리고머 또는 이로부터 유래된 폴리실록산은 상기 기재 표면에 화학적으로 고정된다:
[화학식 1]
Figure 112012091630848-pat00003
여기서, R1, R2, 및 R3는, 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로, 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고, A는 단일결합 또는 C1 내지 C5의 알킬렌기이며, n은 2 내지 30의 범위이고;
[화학식 2]
Figure 112012091630848-pat00004
여기서, R은 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1-C3의 알킬기, 또는 C1-C3의 히드록시알킬기이고, L은 치환 또는 미치환의 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기이다. 여기서“치환”이라 함은, 해당 잔기 내에 존재하는 하나 이상의 수소가 C1 내지 C3의 알킬기, 히드록시기, 또는 이들의 조합으로 대체되는 것을 의미한다.
상기 기재는, 유기 재료, 무기 재료, 또는 유무기 복합 재료로 이루어지고, 그 표면에 히드록시기, 카르복시기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 기재는, 폴리머, 목재, 가죽, 유리, 금속, 금속 산화물 또는 질화물, 세라믹 기재, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머는 올리고(아미노프로필)에톡시실란, 올리고(아미노프로필)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)메톡시실란, 올리고(아미노펜틸)에톡시실란, 올리고(아미노펜틸)메톡시실란, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
상기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물은, 옥시라닐메탄올, (3-프로필-2-옥시라닐)메탄올, 옥시라닐에탄올, 2-(2-메틸-2-옥시라닐)에탄올, 옥시라닐프로판올, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
상기 코팅은, 적외선 분광 스펙트럼에서, C-OH 결합, C-N 결합, Si-O-Si 결합, Si-O-C 결합, 및 Si-C 결합의 밴드를 나타낼 수 있다.
상기 물품은 그 표면에서, 20 이하의 수접촉각(water contact angle)을 가질 수 있다.
상기 물품은, 가전 제품의 내장재 또는 외장재, 습기에 의한 시야 흐림 방지용 유리(anti-fogging glass), 차량용 유리일 수 있다.
도 1은 일구현예에 따라 형성된 재료 표면의 코팅의 화학적 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일구현예에서, 재료의 표면에 친수성을 부여하는 방법은, 기재를 제공하는 단계; 상기 기재의 표면에 하기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머를 적용하고 화학적으로 고정시켜 실록산 개질된 표면을 제공하는 단계; 및 상기 실록산 개질된 표면에 하기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물을 적용하고 반응시켜 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 가진 실록산 코팅을 형성하는 단계를 포함한다:
[화학식 1]
Figure 112012091630848-pat00005
상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, A 및 n 은 위에서 정의된 바와 같다.
[화학식 2]
Figure 112012091630848-pat00006
상기 화학식 2에서, R 및 L은 위에서 정의된 바와 같다.
상기 기재는, 표면에 히드록시기, 카르복시기, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 기재는 유기 재료, 무기 재료, 또는 유무기 복합 재료로 이루어질 수 있다. 구체적으로 상기 기재는, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리비닐클로라이드 등 각종 폴리머, 목재, 가죽, 유리, 금속, SiO2, TiO2, SnO2, ZnO2, Fe2O3, Al2O3, AAO (anodic aluminum oxide), SiN4 등과 같은 금속 산화물 또는 질화물, 세라믹 기재를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 기재의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 구체적으로 섬유, 필름, 판(plate), 구체(sphere), 정육면체, 직육면체, 또는 다면체일 수 있거나 혹은 불규칙한 형상의 제품(profile product)일 수 있다. 상기 기재는 표면에 히드록시기, 카르복시기, 또는 이들의 조합을 포함하도록 표면 처리될 수 있다. 비제한적인 예로서, 상기 표면 처리는, 코로나 처리; 자외선 처리; 플라즈마 처리; 또는 과산화수소, 헥사불화이소프로판올, 산 등을 사용한 화학적 처리를 포함할 수 있다.
상기 방법은, N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 가진 유기실록산 코팅을 분자 조립(molecular assembling)에 의해 다양한 재료의 표면에 형성하여 재료에 친수성을 부여한다. 분자 조립 제1 단계로서, 상기 방법은, 상기 기재의 표면에 상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머를 적용하고 화학적으로 고정시켜 실록산 개질된 표면을 제공하는 단계를 포함한다. 분자조립 제2단계로서, 상기 방법은, 상기 실록산 개질된 표면에 상기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물을 적용하고 반응시켜 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 가진 실록산 코팅을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머의 구체적인 예는 올리고(아미노프로필)에톡시실란, 올리고(아미노프로필)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)메톡시실란, 올리고(아미노펜틸)에톡시실란, 올리고(아미노펜틸)메톡시실란을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 실록산 올리고머는, 하기 화학식 3으로 나타내어지는 올리고(아미노프로필)에톡시실란일 수 있다:
[화학식 3]
Figure 112012091630848-pat00007
상기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물의 구체적인 예는 옥시라닐메탄올(oxiranyl methanol), (3-프로필-2-옥시라닐)메탄올 ((3-propyl-2-oxiranyl)methanol), 옥시라닐에탄올(oxiranyl ethanol), 2-(2-메틸-2-옥시라닐)에탄올(2-(2-methyl-2-oxiranyl)ethanol), 옥시라닐프로판올(oxiranyl propanol)을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 글리시돌 화합물은 하기 화학식 4로 나타내어지는 옥시라닐메탄올일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112012091630848-pat00008
상기 방법에 따르면, 분자 조립 제1 단계에서, 재료의 표면에 올리고(아미노프로필)에톡시실란 등, 상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머를 적용하고 화학적으로 고정시켜, 실록산 개질된 표면을 수득한다(참조: 하기 반응식 1):
[반응식 1]
Figure 112012091630848-pat00009
실록산 올리고머의 적용 및 고정은, 적절한 용매 (예컨대, 탄소수 1 내지 10의 알코올)에 상기 실록산 올리고머를 용해시켜 실록산 올리고머 용액을 제조하고, 상기 용액으로 상기 기재의 표면을 습윤 (예컨대, 함침)시키고, 이를 공기 중에서 건조 및/또는 열처리함에 의해 수행될 수 있다. 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머는 적절한 용해성을 가지므로, 재료의 표면을 실록산 잔기로 균일하게 개질(코팅)할 수 있다. 상기 기재에 화학식 1의 실록산 올리고머를 화학적으로 고정하는 것은 공기에 대한 노출 및/또는 가열에 의해 수행될 수 있다.
소망하는 n 값을 가지는 실록산 올리고머는, 적절한 양의 아미노알킬기를 포함한 트리알콕시실란 화합물을 적절한 양의 물 존재 하에 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 실록산 올리고머 용액의 농도는 특별히 제한되지 않으나, 약 0.05 내지 10 중량%, 구체적으로는 약 0.1 내지 1 중량%의 범위일 수 있다. 공기에 대한 노출 또는 가열시의 온도도 특별히 제한되지 않으며, 실온 또는 20 도씨 이상, 구체적으로는 30 도씨 내지 150 도씨의 범위일 수 있다. 공기에 대한 노출 또는 가열의 시간도 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 5 분 내지 24 시간 등 적절히 선택할 수 있다.
상기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 화학식 1의 실록산 올리고머는, 그의 알콕시기가 기재 표면에 존재하는 히드록시기 등의 작용기와 축합 반응함으로써 기재 표면에 공유 결합에 의해 고정되어, 기재 표면에 화학식 1의 실록산 올리고머 또는 이로부터 유래된 폴리실록산을 포함한 마이크로-나노 코팅이 형성된다.
함침(soaking), 건조 및/또는 열처리 후에 기재 표면에 형성되는 실록산 코팅의 중량은, 기재의 중량 증가로부터 추정할 수 있다. 이러한 중량 증가는 재료의 초기 중량의 %로 표시될 수 있다. 1회의 함침, 건조 및 열처리 후, 재료의 중량 증가량이 소망하는 값에 이르지 않은 경우, 필요한 값에 도달할 때까지 함침, 건조 및 열처리를 수 회 반복 처리한다.
분자 조립의 제2 단계에서는, 상기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물이 사용된다. 구체적으로, 글리시돌 화합물의 용액으로 상기 실록산 개질된 표면을 습윤시킨 후, 공기 중에서 건조하고, 가열하면 그라프트된 아미노알킬기 함유 오르가노실록산 코팅이 옥시라닐메탄올과 축합 반응(condensation)한다. 그 결과, 글리시돌 화합물이 상기 기재 표면에 고정된 오르가노실록산의 아미노기와 반응하여, 기재 표면에 친수성인 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 형성할 수 있다 (참조: 반응식 2):
[반응식 2]
Figure 112012091630848-pat00010
글리시돌 화합물 용액의 농도는 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 글리시돌 용액의 농도는 약 1 내지 50 중량% 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 건조 또는 가열시의 온도도 특별히 제한되지 않으며, 20 도씨 이상, 구체적으로는 30 도씨 내지 150 도씨의 범위일 수 있다. 건조 또는 가열의 시간도 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 5 분 내지 24 시간 등 적절히 선택할 수 있다.
전술한 분자 조립에 의해, 기재의 표면에 도 1에 나타낸 바와 같은 브러쉬 구조(brush geometry)를 가지는 개질 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 코팅 내에 존재하는 친수성(수용성) N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기는 기재 표면에 친수성을 부여할 수 있다.
분자 조립의 제1 단계에서, 실리케이트 유리의 표면에 친수성 유기 실록산 코팅을 형성하는 메커니즘은, 실리케이트 유리의 표면에 존재하는 실라놀기(silanol group)와 상기 화학식 1에 의해 나타내어지는 실록산 올리고머 (예컨대, 올리고(아미노프로필) 에톡시실란(I-Ⅲ))의 친수성 알콕시실릴기 (예컨대, 에톡시실릴기)의 반응에 기초한다 (참조: 반응식 3):
[반응식 3]
Figure 112012091630848-pat00011
상기 반응식 3에서, 에탄올이 분리되며 재료의 열처리 동안에 제거될 수 있다.
분자조립 제2 단계에서 친수성 유기실록산 코팅이 형성되는 메커니즘은, 그라프트된 아미노알킬기 함유 코팅과 글리시돌 화합물의 상호 작용에 기초하며, 이로부터 실록산 개질된 표면 (즉, 오르가노실록산 코팅의 표면)에 친수성 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기의 형성으로 이어진다 (참조: 반응식 2).
분자 조립 제1 단계에서, 폴리에스테르 필름 표면에 친수성 유기 실록산 코팅을 형성하는 메커니즘은, 화학식 1의 실록산 올리고머 (예컨대, 올리고(아미노프로필) 에톡시실란(I-Ⅲ))의 친수성 에톡시실릴기와 폴리에스테르 필름의 표면에 존재하는 카르복실기(-COOH) 및 히드록시기(-OH)의 반응에 기초한다 (참조: 반응식 4). 상기 반응에서 열처리에 의해 에탄올이 방출되며 제거된다.
[반응식 4]
Figure 112012091630848-pat00012
분자 조립의 제2 단계에서, 친수성 오르가노실록산 코팅의 형성 메커니즘은 유기 실록산 코팅 표면에서 화학식 1의 실록산 올리고머 또는 이로부터 유래된 폴리실록산의 아미노기와, 화학식 2의 글리시돌 화합물 (예컨대, 옥시라닐메탄올)의 상호작용(참조: 반응식 2) 에 기초하고, 이로써 실록산 개질된 기재의 표면에 친수성 N,N-비스(1,2-히드록시알킬)아미노알킬기의 결합이 형성된다.
다른 구현예에 따라, 친수성으로 개질된 표면을 가지는 물품은, 기재 및 상기 기재의 표면 상에 형성된 오르가노 실록산 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 하기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머 또는 이로부터 유도된 폴리실록산과 하기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물 간의 반응에 의해 생성된 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 포함하며, 상기 실록산 올리고머 또는 이로부터 유래된 폴리실록산은 상기 기재 표면에 화학적으로 고정된다:
[화학식 1]
Figure 112012091630848-pat00013
상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, A 및 n 은 위에서 정의된 바와 같다.
[화학식 2]
Figure 112012091630848-pat00014
상기 화학식 2에서, R 및 L은 위에서 정의된 바와 같다.
상기 물품에서, 상기 기재, 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머와 하기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물 및 이들 간의 반응에 의한 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기의 형성은 전술한 바와 같다.
여기서, 화학적 고정이라 함은, 화합물 간의 상호 작용(interaction)에 의해 형성되는 결합 (예컨대, 공유 결합 등)에 의해 연결되는 것을 의미한다.
상기 오르가노 실록산 코팅은, 그의 적외선 분광 스펙트럼 상에서, C-OH 결합, C-N 결합, Si-O-Si 결합, Si-O-C 결합, 및 Si-C 결합에 대한 진동 밴드를 나타낼 수 있다. 상기 오르가노실록산 코팅은, C(O)O 결합에 대한 진동 밴드를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 코팅의 IR-스펙트럼 데이터는 3635 및 3625㎝-1 범위에서 C-OH 결합, 1750~1730㎝-1 범위에서 C(O)OR 결합, 1230~1030㎝-1 범위에서 C-N 결합, 1080-1020㎝-1 범위에서 Si-O-Si 결합, 880-810㎝-1 범위에서 Si-OC 결합, 1260 및 800㎝- 1 에서 Si-C 결합에 대한 진동 밴드를 포함할 수 있다. 이로부터 전술한 바의 오르가노 실록산 코팅이 형성되었음을 확인할 수 있다.
상기 물품은 상기 기재 상에 형성된 코팅을 포함하여 친수성으로 개질된 표면을 가지며, 상기 코팅 표면의 수접촉각(water contact angle)은 20 이하일 수 있다. 이처럼 낮은 수접촉각은, 물품 표면에 결로 현상(dew condensation) 등을 방지하는 데에 효과적일 수 있다. 따라서, 상기 물품은 이러한 결로 방지가 필요한 각종 분야에서 그 유용성을 찾을 수 있다. 비제한적으로, 상기 물품은, 예를 들어, 냉장고, 에어컨, 가습기 등 각종 가전 제품의 내장 또는 외장 부품재(interior or exterior part materials), 습기에 의한 시야 흐림 방지 유리(anti-fogging glass), 차량용 유리일 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
하기 화학식의 실록산 올리고머(I) 용액(0.1% 및 1%)에 실리케이트 유리를 함침한 후, 공기 중에서 건조하고, 140도씨에서 열처리하여 실록산 올리고머를 상기 유리 표면에 고정시킨다.
Figure 112012091630848-pat00015
(I)
실록산 개질된 표면을 가진 상기 실리케이트 유리를 10%의 옥시라닐메탄올 수용액에 함침하고, 공기 중에 건조시켜, 140 도씨에서 열처리한다. 수접촉각 값에 의해 상기 실리케이트 유리의 친수성 증가를 확인하여 그 결과를 표 1에 정리하였다. 수접촉각은, 드롭 텐시오미터(drop tensiometer) (Tracker, IT Concept, 프랑스) 상에서, 지지체 표면에 물방울을 적하하고, 2분 후 (정상 조건(static conidition))에 측정한다.
실시예 2
하기 화학식의 실리콘 올리고머(II) 용액 (0.1% 및 1%)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실리케이트 유리를 처리한다:
Figure 112012091630848-pat00016
(II)
수접촉각 값에 의해 상기 실리케이트 유리의 친수성 증가를 확인하여 그 결과를 표 1에 정리하였다.
실시예 3
하기 화학식의 실리콘 올리고머(III) 용액 (0.1% 및 1%)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실리케이트 유리를 처리한다:
Figure 112012091630848-pat00017
(III)
수접촉각 값에 의해 상기 실리케이트 유리의 친수성 증가를 확인하여 그 결과를 표 1에 정리하였다.
실시예 4
기재로서 폴리에스테르 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 기재를 처리한다. 수접촉각 값에 의해 상기 폴리에스테르 필름의 친수성 증가를 확인하여 그 결과를 표 1에 정리하였다.
실시예 5
기재로서 폴리에스테르 필름을 사용하고, 하기 화학식의 실리콘 올리고머(II) 용액 (0.1% 및 1%)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기재를 처리한다:
Figure 112012091630848-pat00018
(II)
수접촉각 값에 의해 상기 폴리에스테르 필름의 친수성 증가를 확인하여 그 결과를 표 1에 정리하였다.
실시예 6
기재로서 폴리에스테르 필름을 사용하고, 하기 화학식의 실리콘 올리고머(III) 용액 (0.1% 및 1%)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기재를 처리한다:
Figure 112012091630848-pat00019
(III)
수접촉각 값에 의해 상기 폴리에스테르 필름의 친수성 증가를 확인하여 그 결과를 표 1에 정리하였다.
Figure 112012091630848-pat00020
실시예 1 내지 6에 기재된 재료 표면 처리의 결과 분석으로부터, 재료 표면에 친수성을 부여하는 전술한 방법에 의해 높은 친수성을 각종 재료에 부여할 수 있음을 알 수 있다. 올리고(아미노프로필)에톡시실록산(Ⅰ~Ⅲ)을 0.1 내지 1 중량%로 사용하여 재료 표면의 접촉각을 약 2.5 내지 약 2.8배 정도 감소시킬 수 있다. 상기 결과로부터, 재료에 친수성을 부여하는 전술한 방법은, 실리케이트 유리, 폴리에스테르 필름 등과 같은 다양한 재료 표면의 친수성을 약 2.5 내지 약 2.8배 정도 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 친수성 N,N-비스(하이드록시알킬)아미노알킬기를 가진 유기실록산 코팅의 친수성 능력은, 유사한 화합물을 능가하며, 재료의 표면에서 분자 조립에 의해 이들을 형성하기 때문에 최소량의 초기 재료를 필요로 한다.

Claims (18)

  1. 재료 표면에 친수성을 부여하는 방법으로서,
    기재를 제공하는 단계; 상기 기재의 표면에 하기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머를 적용하고 화학적으로 고정시켜 실록산 개질된 표면을 제공하는 단계; 및 상기 실록산 개질된 표면에 하기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물을 적용하고 반응시켜 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 가진 실록산 코팅을 형성하는 단계를 포함하는 방법:
    [화학식 1]
    Figure 112012091630848-pat00021

    여기서, R1, R2, 및 R3는, 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로, 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고, A는 단일결합 또는 C1 내지 C5의 알킬렌기이며, n은 2 내지 30의 범위이고;
    [화학식 2]
    Figure 112012091630848-pat00022

    상기 화학식 2에서, R은 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1-C3의 알킬기, 또는 C1-C3의 히드록시알킬기이고, L은 치환 또는 미치환의 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재는, 유기 재료, 무기 재료, 또는 유무기 복합 재료로 이루어지고, 그 표면에 히드록시기, 카르복시기, 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기재는 그 표면에 히드록시기, 카르복시기, 또는 이들의 조합을 포함하도록, 코로나 처리; 자외선 처리; 플라즈마 처리; 또는 과산화수소, 헥사불화이소프로판올, 또는 산을 사용한 화학적 처리를 거치는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머는 올리고(아미노프로필)에톡시실란, 올리고(아미노프로필)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)메톡시실란, 올리고(아미노펜틸)에톡시실란, 올리고(아미노펜틸)메톡시실란 및 이들의 조합으로부터 선택되는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머는, 4 내지 16의 n 값을 가지는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물은, 옥시라닐메탄올, (3-프로필-2-옥시라닐)메탄올, 옥시라닐에탄올, 2-(2-메틸-2-옥시라닐)에탄올, 옥시라닐프로판올, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실록산 올리고머를 상기 기재 표면에 적용하고 화학적으로 고정시키는 것은 상기 실록산 올리고머를 포함하는 용액으로 상기 기재 표면을 적시고, 이를 건조, 가열, 또는 건조 및 가열하는 것을 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실록산 올리고머를 포함하는 용액은 상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머를 C1 내지 C10의 알코올 내에 0.05 내지 10 중량%로 용해시켜 준비되는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실록산 개질된 표면에 상기 글리시돌 화합물을 적용하고 반응시키는 것은, 상기 글리시돌 화합물을 포함하는 용액으로 상기 실록산 개질된 표면을 적시고, 이를 건조 및 가열하는 것을 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 글리시돌 화합물을 포함하는 용액은 상기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물을 C1 내지 C10의 알코올 내에 1 내지 50 중량%로 용해시켜 준비되는 방법.
  11. 친수성으로 개질된 표면을 가진 물품으로서, 상기 물품은 기재 및 상기 기재의 표면 상에 형성된 오르가노 실록산 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 하기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머 또는 이로부터 유도된 폴리실록산과 하기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물 간의 반응에 의해 생성된 N,N-비스(히드록시알킬)아미노알킬기를 포함하며, 상기 실록산 올리고머 또는 이로부터 유래된 폴리실록산은 상기 기재 표면에 화학적으로 고정되는 물품:
    [화학식 1]
    Figure 112012091630848-pat00023

    여기서, R1, R2, 및 R3는, 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고, A는 단일결합 또는 C1 내지 C5 의 알킬렌기이며, n은 2 내지 30의 범위이고;
    [화학식 2]
    Figure 112012091630848-pat00024

    상기 화학식 2에서, R은 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1-C3의 알킬기, 또는 C1-C3의 히드록시알킬기이고, L은 치환 또는 미치환의 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기임.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기재는, 유기 재료, 무기 재료, 또는 유무기 복합 재료로 이루어지고, 그 표면에 히드록시기, 카르복시기 또는 이들의 조합을 포함하는 물품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기재는, 폴리머, 목재, 가죽, 유리, 금속, 금속 산화물 또는 질화물, 세라믹 기재, 또는 이들의 조합을 포함하는 물품.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 화학식 1로 나타내어지는 실록산 올리고머는 올리고(아미노프로필)에톡시실란, 올리고(아미노프로필)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)메톡시실란, 올리고(아미노에틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)에톡시실란, 올리고(아미노부틸)메톡시실란, 올리고(아미노펜틸)에톡시실란, 올리고(아미노펜틸)메톡시실란, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 물품.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 화학식 2로 나타내어지는 글리시돌 화합물은, 옥시라닐메탄올, (3-프로필-2-옥시라닐)메탄올, 옥시라닐에탄올, 2-(2-메틸-2-옥시라닐)에탄올, 옥시라닐프로판올, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 물품.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 코팅은, 적외선 분광 스펙트럼에서, C-OH 결합, C-N 결합, Si-O-Si 결합, Si-O-C 결합, 및 Si-C 결합의 밴드를 나타내는 물품.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 물품은 그 표면에서, 20 이하의 수접촉각(water contact angle)을 가지는 물품.
  18. 제11항에 있어서,
    가전 제품의 내장재 또는 외장재, 습기에 의한 시야 흐림 방지용 유리, 차량용 유리인 물품.
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