KR101831380B1 - 윤활성이 부여된 발수성 표면처리제 및 그 제조 방법 - Google Patents

윤활성이 부여된 발수성 표면처리제 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

윤활성이 부여된 발수성 표면처리제 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 발수성 표면처리제는 기재에 대한 밀착성과 발수성이 탁월하고, 표면 윤활성이 우수하고, 장기보관시 백탁하지 않고 무색 투명한 특성을 유지할 수 있다. 상기 발수성 표면처리제는 안정적이고 경제적으로 제조할 수 있다.

Description

윤활성이 부여된 발수성 표면처리제 및 그 제조 방법 {Hydrophobic surface treatment agent having lubricity and manufacturing method thereof}
윤활성이 부여된 발수성 표면처리제 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란을 포함하는 윤활성이 부여된 표면처리제 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 발수성을 유지하면서도 표면 윤활성 및 저장안정성이 우수한 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란을 포함하는 표면처리제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유리창, 샤워 부스, 베란다 창, 자동차 앞 유리, 자동차 사이드 미러, 선박 외장, 전자제품, 휴대폰 등을 포함하는 물품은 물에 노출될 수 있어, 물 또는 물에 용해되어 있거나 혼합되어 있는 오염물질에 의해 상기 물품이 오염되어 수명이 떨어지며, 특히 자동차, 선박 등에 사용되는 물품의 경우에는 운행의 안전에도 문제가 되고 있다.
따라서, 발수성을 나타내는 재료를 사용하여 상기 물품의 오염을 방지할 수 있는데, 이 경우 발수성을 나타내는 재료는 비교적 고가이므로 상기 물품의 표면에 얇은 두께로 코팅하여 오염을 방지하는 방법을 채택하고 있다.
그 중, 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란은 그 표면 자유에너지가 매우 작아 높은 발수성을 가지고, 퍼플루오르알킬기로 인하여 내약품성도 우수하다. 또한, 유리, 플라스틱, 천 등의 기재와의 밀착성도 좋은 편이다.
그러나, 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란은 발수성이 우수함에 비하여 미끄러지는 성질인 윤활성이 떨어지는 문제가 있어 윤활성을 필요로 하는 물품에는 사용하기 어려웠다. 또한, 상품성을 가지기 위하여는 장기안정성도 필요하나, 장기안정성에 대한 해결책은 아직 나타나지 않았다.
본 발명의 일 측면은 윤활성이 개선된 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란을 포함하는 발수성 표면처리제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 발수성 표면처리제의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에서는,
퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란;
용매;
산; 및
알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드중 1종 이상;
을 포함하는 발수성 표면처리제가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서는,
퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란 및 알킬 폴리글루코사이드와 알킬 아미드 중 1종 이상을 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계; 및
상기 혼합물을 용매에 용해시킨 다음 산을 첨가하여 졸-겔 반응시키는 단계;
를 포함하는 발수성 표면처리제의 제조방법이 제공된다.
일 구현예에 따른 상기 발수성 표면처리제는 안정적이고 경제적으로 제조할 수 있고, 기재에 대한 밀착성과 발수성이 탁월하고, 표면 윤활성이 우수하고, 장기보관시 백탁하지 않고 무색 투명한 특성을 유지할 수 있다.
도 1은 실시예 2에서 제조한 표면처리제를 도포한 물품의 물접촉각(Water Contact Angle; WCA)을 나타낸 사진이다.
이하, 도면을 참조하여 일 구현예에 따른 발수성 표면처리제 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하고자 한다.
일 측면에 따른 발수성 표면처리제는,
퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란; 용매; 산; 및 알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드 중 1종 이상;을 포함한다.
알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드 중 1종 이상을 포함함으로써 발수성을 유지하면서도 윤활성이 뛰어나고 장기간 보관시에도 백탁이 일어나지 않는 발수성 표면처리제를 얻을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란은 하기 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다:
[화학식 1]
CF3-(CF2)n-R-SiXpY3-p
상기 식에서,
n은 0 내지 12의 정수이고,
R은 탄소수 1 내지 10의 유기기, 또는 규소 원자와 산소 원자를 포함한 기이고,
X는 H 또는 탄소수 1 내지 4의 1가 탄화수소기, 또는 상기 기의 유도체로부터 선택된 치환기이고,
p는 0, 1 또는 2이고,
Y는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 아실옥시기, 또는 할로겐 원자이다.
상기 식에서, n은 예를 들어 3 내지 12의 정수일 수 있다.
상기 식에서, R은 예를 들어, 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 메틸렌기, 에틸렌기 등일 수 있다.
상기 식에서, X는 H 또는 탄소수 1 내지 4의 1가 탄화수소기, 또는 상기 기의 유도체로부터 선택된 치환기이다. 여기서, "1가 탄화수소기"는 분지 또는 비분지, 비환상 또는 환상, 포화 또는 불포화, 또는 방향족일 수 있으며, 1 내지 4개(또는 방향족 기의 경우에는 3 또는 4개)의 탄소원자를 함유할 수 있다.
상기 식에서, X는 예를 들어 알킬기, 사이클로알킬기 또는 알릴기일 수 있다.
상기 R, X, 및 Y에서 적어도 하나의 수소가 할로겐 원자, 예컨대 불소로 치환될 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물의 구체적인 예는 하기에 기재하였으나, 이에 한정되지 않는다.
C6F13CH2CH2Si(OCH3)3;
C7F15CH2CH2Si(OCH3)3;
C8F17CH2CH2Si(OCH3)3;
C9F19CH2CH2Si(OCH3)3;
C10F21CH2CH2Si(OCH3)3;
C6F13CH2CH2SiCl3;
C7F15CH2CH2SiCl3;
C8F17CH2CH2SiCl3;
C9F19CH2CH2SiCl3;
C10F21CH2CH2SiCl3;
C8F17CH2CH2Si(CH3)(OCH3)2;
C8F17CH2CH2Si(OC2H5)3;
C6F13CH2CH2Si(OC2H5)3;
C6F13CH2CH2Si(OCH(CH3)2)3; 및
C8F17CH2CH2Si(OCOCH3)3.
일 실시예에 따르면, 상기 알킬아미드는 예를 들어 올레아미드(oleamide), 에루카미드(erucamide), 올레일 팔미트아미드(oleyl palmitamide), 스테아릴 에루카미드(stearyl erucamide) 및 에틸렌 비스올레아미드(ethylene bis oleamide) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 알킬 폴리글루코사이드는 하기 화학식 2로 나타나는 알킬 폴리글루코사이드를 적어도 1종 포함할 수 있다:
[화학식 2]
Figure 112017032063051-pat00001
상기 식에서,
y는 0 내지 5이고,
R은 탄소수 4 내지 24의 알킬기이다.
상기 알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드 중 1종 이상의 함량은 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란 100중량부 기준으로 0.001 내지 20 중량부의 범위로 포함될 수 있으며, 예를 들어, 0.01 내지 10 중량부, 구체적으로 예를 들면 0.1 내지 5 중량부의 범위로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 드는 경우 상기 발수성 표면처리제가 원하는 윤활성을 나타내면서 투명한 코팅을 제공할 수 있고, 평탄한 코팅면을 얻을 수 있다.
상기 알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드가 함께 사용되는 경우, 상기 알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드의 혼합비율은 중량비로 100:0.1 내지 0.1:100일 수 있으며, 예를 들어 100:1 내지 1:100이고, 구체적으로 예를 들어 100:10 내지 10:100일 수 있다. 상기 범위 내에 드는 경우, 발수성을 장기간 반복적으로 발휘할 수 있다.
상기 산은 염산, 아세트산, 질산, 황산 및 인산 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 산은 농도 0.001 내지 1 N 의 수용액일 수 있다. 상기 농도 범위 내에 드는 경우 상기 표면처리제 합성 반응 시간을 수분에서 수일 내에 진행할 수 있다.
상기 산의 함량은 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란 100중량부 기준으로 0.001 내지 50 중량부의 범위로 포함될 수 있으며, 예를 들어, 0.01 내지 10 중량부, 구체적으로 예를 들면 0.1 내지 5 중량부의 범위로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 드는 경우 상기 표면처리제를 투명하게 제조할 수 있다.
상기 용매는 물, 또는 상기 물과 상용성을 가지는 유기 용매, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 유기 용매는 탄소수 1 내지 10의 알코올 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등을 들 수 있고, 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용매의 함량은 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란 100중량부 기준으로 10 내지 300 중량부 범위로 포함될 수 있으며, 예를 들어, 50 내지 200 중량부, 구체적으로 예를 들면 100 내지 150 중량부 범위로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 드는 경우 졸-겔 반응 속도가 적당하며, 발수성을 가지고 기판과의 접착력이 뛰어나며 투명한 코팅을 제공할 수 있다.
용매로서 물과 유기 용매가 함께 사용되는 경우, 물과 유기 용매의 혼합비율은 중량비로 1:100 내지 100:1일 수 있으며, 예를 들어 10:100 내지 100:10이고, 구체적으로 예를 들어 50:100 내지 100:50일 수 있다. 상기 범위 내에 드는 경우, 발수성을 가진 투명한 코팅을 제공할 수 있다.
상기 발수성 표면처리제에서,
다른 측면에 따른 표면처리제의 제조방법은,
퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란 및 알킬 폴리글루코사이드와 알킬 아미드 중 1종 이상을 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계; 및
상기 혼합물을 용매에 용해시킨 다음 산을 첨가하여 졸-겔 반응시키는 단계;
를 포함한다.
상기 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란은 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다:
[화학식 1]
CF3-(CF2)n-R-SiXpY3 -p
상기 식에서,
n은 0 내지 12의 정수이고,
R은 탄소수 1 내지 10의 유기기, 또는 규소 원자와 산소 원자를 포함한 기이고,
X는 H 또는 탄소수 1 내지 4의 1가 탄화수소기, 또는 상기 기의 유도체로부터 선택된 치환기이고,
p는 0, 1 또는 2이고,
Y는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 아실옥시기, 또는 할로겐 원자이다.
퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란을, 알킬 폴리글루코사이드와 알킬 아미드중 1종 이상과 혼합하여 사용함으로써 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란을 산 및 용매와 별도로 보관하지 않더라도 표면처리제의 장기간 보존 안정성을 제공할 뿐 아니라 표면처리제로 표면처리된 물품의 경우 발수성이 뛰어나면서도 윤활성이 우수하다.
상기 제조방법에 따르면, 안정적이고 경제적으로 발수성 표면처리제를 제조할 수 있으며, 기재에 대한 밀착성과 발수성이 탁월하고, 표면 윤활성이 우수하고, 장기보관시 백탁하지 않고 무색 투명한 표면처리제를 제조할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 발수성 표면처리제를 이용하여 물품의 표면을 처리하는 방법이 제공된다.
상기 발수성 표면처리제를 이용하여 표면 처리할 수 있는 물품으로는 예를 들어, 태양전지(백시트), 스마트폰, 터치패널, 이차전지(부식 방지), TV 등 디스플레이(표면 이물제거, 물 차단 및 지문 방지), 자동차(백미러, 계기판 등) 등일 수 있다.
또한, 상기 발수성 표면처리제로 코팅할 수 있는 기재는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 금속일 수 있다.
상기 발수성 표면처리제는 그대로 또는 발수성 용매로 희석하여 기재에 도포할 수 있다. 도포하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 딥코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅, 바코팅, 롤코팅, 플로우코팅, 브러시코팅 또는 증착에 의해 도포할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 발수성 표면처리제를 이용하여 표면 처리된 물품이 제공된다. 상기 물품은 태양전지, 스마트폰, 터치패널, 이차전지, 디스플레이, 또는 자동차 등일 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
표면처리제 제조
5.68g의 FAS-17(상품명: TSL-8233; 제조사: Momentive Japan)이라 불리우는 헵타데카플루오르 데실 트리메톡시실란을 0.006g의 알킬 폴리글루코사이드(상품명: Milcoside 100; 제조사: 엘지생활건강)와 혼합한 후, 여기에 0.1g의 올레아미드(상품명: Armoslip CP; 제조사: 악쪼노벨)를 첨가하여 혼합하였다. 그런 다음, 상기 혼합물을 7.656ml의 이소프로판올 용매에 가한 후 0.1N 염산 수용액을 0.18g 더 첨가하여 졸-겔 반응시켜 표면처리제를 제조하였다.
표면처리제로 처리된 물품
물품 기재로는 슬라이드 글라스 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET로 명칭함) 필름을 사용하였으며, 표면처리제와의 접착성을 좋게 하기 위하여 상기 슬라이드 글라스를 10중량%의 수산화나트륨(NaOH) 수용액에 5분간 침지한 후 증류수로 세척하였다. 그런 다음, 질소 기체로 건조시킨 후 사용하였다. PET 필름인 경우에는 플라스마 전처리하여 PET 필름 표면의 접착력을 증진시켰다. 상기에서 제조한 표면처리제를 HFE-7200(Ethoxy-nonafluorobutane; 제조사: 3M) 용매에 0.05중량%(solid content)로 희석하여 표면처리제 희석액을 제조한 후, 상기 질소 기체로 건조시킨 슬라이드 글라스에 상기 표면처리제 희석액을 1000rpm으로 스핀 코팅한 후 오븐에 넣고 50℃에서 3시간 동안 경화시켰다. 또한, 전처리 PET 필름을 0.05 중량%로 희석한 상기 표면처리제 희석액에 1분간 딥코팅한 후 오븐에 넣고 50℃에서 3시간 동안 경화시켰다.
발수성과 윤활성 테스트
발수성은 접촉각 측정기(GSA-X로 측정; 제조사: 한국 에스티케이)로 슬라이드 글라스에 코팅한 시료 5개의 물접촉각 측정 포인트 총 50개를 측정하여 평균값을 구하였고, 평균 물접촉각은 106°이었다. 윤활성은 슬립 마찰 테스터(Slip Friction Tester TR-2로 측정; 제조사: 일본 TOYOSEIKI)로 A4 크기의 PET 필름에 코팅한 시료의 동적 마찰계수(운동마찰계수)를 측정하였고, 동적 마찰계수값은 0.40(단위 없음)이었다.
동적 마찰계수 측정방법은 하부 유리판에 A4 크기의 PET 필름에 코팅된 코팅면을 올려놓고 10N의 Load Cell에 PET 필름에 코팅된 동일한 코팅면을 설치하고, 100mm/min의 속도로 70mm이동시켜 최대정지마찰력을 통과한 이동시의 운동마찰력을 측정하여 이 운동마찰력의 마찰계수를 동적 마찰계수로 얻었다.
장기간 보관 시 백탁(불투명성) 여부 테스트
상기 표면처리제 원액 및 HFE-7200(제조사: 3M) 용매에 20중량%(solid content)로 희석한 표면처리제 희석액을 상온에서 석달 내지 넉달 동안 보관하였을 때 백탁(불투명성)은 발생하지 않았다.
표면처리된 물품의 내구성 테스트
상기 표면처리제로 표면처리된 슬라이드 글라스를 양면 다목적 수세미(제품명:스카치 브라이트; 제조사: 3M)로 10회 건식 마찰시킨 후 물접촉각 측정 포인트 총 15개를 측정하여 평균값을 구하였다.
평균 물접촉각은 106°로 마찰 전과 거의 변화가 없었다.
<실시예 2>
표면처리제 제조
5.68g의 FAS-17(상품명: TSL-8233; 제조사: Momentive Japan)이라 불리우는 헵타데카플루오르 데실 트리메톡시실란을 0.006g의 알킬 폴리글루코사이드(상품명: Milcoside 100; 제조사: 엘지생활건강)와 혼합하였다. 그런 다음, 상기 혼합물을7.656ml의 이소프로판올 용매에 가한 후 0.1N 염산 수용액을 0.18g 더 첨가하여 졸-겔 반응시켜 표면처리제를 제조하였다.
표면처리제로 처리된 물품
물품 기재로는 슬라이드 글라스 및 PET 필름을 사용하였으며, 표면처리제와의 접착성을 좋게하기 위하여 상기 슬라이드 글라스를 10중량%의 NaOH 수용액에 5분간 침지한 후 증류수로 세척하였다. 그런 다음, 질소 기체로 건조시킨 후 사용하였다. PET 필름인 경우에는 플라스마 전처리하여 PET 필름 표면의 접착력을 증진시켰다. 상기에서 제조한 표면처리제를 HFE-7200(Ethoxy-nonafluorobutane; 제조사: 3M) 용매에 0.05중량%(solid content)로 희석하여 표면처리제 희석액을 제조한 후, 상기 질소 기체로 건조시킨 슬라이드 글라스에 상기 표면처리제 희석액을 1000rpm으로 스핀 코팅한 후 오븐에 넣고 50℃에서 3시간 동안 경화시켰다. 또한, 전처리 PET 필름을 0.05 중량%로 희석한 상기 표면처리제 희석액에 1분간 딥코팅한 후 오븐에 넣고 50℃에서 3시간 동안 경화시켰다.
발수성과 윤활성 테스트
발수성은 접촉각 측정기(GSA-X로 측정; 제조사: 한국 에스티케이)로 슬라이드 글라스에 코팅한 시료 5개의 물접촉각 측정 포인트 총 50개를 측정하여 평균값을 구하였고, 평균 물접촉각은 110°이었다. 윤활성은 슬립 마찰 테스터(Slip Friction Tester TR-2로 측정; 제조사: 일본 TOYOSEIKI)로 A4 크기의 PET 필름에 코팅한 시료의 동적 마찰계수(운동마찰계수)를 측정하였고, 동적 마찰계수값은 0.28(단위 없음)이었다.
장기간 보관 시 백탁(불투명성) 여부 테스트
상기 표면처리제 원액 및 HFE-7200(제조사: 3M) 용매에 20중량%(solid content)로 희석한 표면처리제 희석액을 상온에서 석달 내지 넉달 동안 보관하였을 때 백탁(불투명성)은 발생하지 않았다.
표면처리된 물품의 내구성 테스트
상기 표면처리제로 표면처리된 슬라이드 글라스를 양면 다목적 수세미(제품명:스카치 브라이트; 제조사: 3M)로 10회 건식 마찰시킨 후 물접촉각 측정 포인트 총 15개를 측정하여 평균값을 구하였다.
평균 물접촉각은 107°로 마찰 전보다 조금 감소하였다.
<실시예 3>
표면처리제 제조
5.68g의 FAS-17(상품명: TSL-8233; 제조사: Momentive Japan)이라 불리우는 헵타데카플루오르 데실 트리메톡시실란을 0.1g의 올레아미드(상품명: Armoslip CP; 제조사: 악쪼노벨)와 혼합하였다. 그런 다음, 상기 혼합물을 7.656ml의 이소프로판올 용매에 가한 후 0.1N 염산 수용액을 0.18g 더 첨가한 후 졸-겔 반응시켜 표면처리제를 제조하였다.
표면처리제로 처리된 물품
물품 기재로는 슬라이드 글라스 및 PET 필름을 사용하였으며, 표면처리제와의 접착성을 좋게하기 위하여 상기 슬라이드 글라스를 10중량%의 NaOH 수용액에 5분간 침지한 후 증류수로 세척하였다. 그런 다음, 질소 기체로 건조시킨 후 사용하였다. PET 필름인 경우에는 플라스마 전처리하여 PET 필름 표면의 접착력을 증진시켰다. 상기에서 제조한 표면처리제를 HFE-7200(Ethoxy-nonafluorobutane; 제조사: 3M) 용매에 0.05중량%(solid content)로 희석하여 표면처리제 희석액을 제조한 후, 상기 질소 기체로 건조시킨 슬라이드 글라스에 상기 표면처리제 희석액을 1000rpm으로 스핀 코팅한 후 오븐에 넣고 50℃에서 3시간 동안 경화시켰다. 또한, 전처리 PET 필름을 0.05 중량%로 희석한 상기 표면처리제 희석액에 1분간 딥코팅한 후 오븐에 넣고 50℃에서 3시간 동안 경화시켰다.
발수성과 윤활성 테스트
발수성은 접촉각 측정기(GSA-X로 측정; 제조사: 한국 에스티케이)로 슬라이드 글라스에 코팅한 시료 5개의 물접촉각 측정 포인트 총 50개를 측정하여 평균값을 구하였고, 평균 물접촉각은 104°이었다. 윤활성은 슬립 마찰 테스터(Slip Friction Tester TR-2로 측정; 제조사: 일본 TOYOSEIKI)로 A4 크기의 PET 필름에 코팅한 시료의 동적 마찰계수(운동마찰계수)를 측정하였고, 동적 마찰계수값은 0.47(단위 없음)이었다.
장기간 보관 시 백탁(불투명성) 여부 테스트
상기 표면처리제 원액 및 HFE-7200(제조사: 3M) 용매에 20중량%(solid content)로 희석한 표면처리제 희석액을 상온에서 석달 내지 넉달 동안 보관하였을 때 백탁(불투명성)은 발생하지 않았다.
표면처리된 물품의 내구성 테스트
상기 표면처리제로 표면처리된 슬라이드 글라스를 양면 다목적 수세미(제품명:스카치 브라이트; 제조사: 3M)로 10회 건식 마찰시킨 후, 물접촉각 측정 포인트 총 15개를 측정하여 평균값을 구하였다.
평균 물접촉각은 104°로 마찰 전과 거의 변화가 없었다.
<비교예 1>
표면처리제 제조
5.68g의 FAS-17(상품명: TSL-8233; 제조사: Momentive Japan)이라 불리우는 헵타데카플루오르 데실 트리메톡시실란을 7.656ml의 이소프로판올 용매에 가한 후 0.1N 염산 수용액을 0.72g 더 첨가하여 졸-겔 반응시켜 표면처리제를 제조하였다.
표면처리제로 처리된 물품
물품 기재로는 슬라이드 글라스 및 PET 필름을 사용하였으며, 표면처리제와의 접착성을 좋게 하기 위하여 상기 슬라이드 글라스를 10중량%의 NaOH 수용액에 5분간 침지한 후 증류수로 세척하였다. 그런 다음, 질소 기체로 건조시킨 후 사용하였다. PET 필름인 경우에는 플라스마 전처리하여 PET 필름 표면의 접착력을 증진시켰다. 상기에서 제조한 표면처리제를 HFE-7200(Ethoxy-nonafluorobutane; 제조사: 3M) 용매에 0.05중량%(solid content)로 희석하여 표면처리제 희석액을 제조한 후, 상기 질소 기체로 건조시킨 슬라이드 글라스에 상기 표면처리제 희석액을 1000rpm으로 스핀 코팅한 후 오븐에 넣고 50℃에서 3시간 동안 경화시켰다. 또한, 전처리 PET 필름을 0.05 중량%로 희석한 상기 표면처리제 희석액에 1분간 딥코팅한 후 오븐에 넣고 50℃에서 3시간 동안 경화시켰다.
발수성과 윤활성 테스트
발수성은 접촉각 측정기(GSA-X로 측정; 제조사: 한국 에스티케이)로 슬라이드 글라스에 코팅한 시료 5개의 물접촉각 측정 포인트 총 50개를 측정하여 평균값을 구하였고, 평균 물접촉각은 110°이었다. 윤활성은 슬립 마찰 테스터(Slip Friction Tester TR-2로 측정; 제조사: 일본 TOYOSEIKI)로 A4 크기의 PET 필름에 코팅한 시료의 동적 마찰계수(운동마찰계수)를 측정하였고, 동적 마찰계수값은 0.67(단위 없음)이었다.
장기간 보관 시 백탁(불투명성) 여부 테스트
상기 표면처리제 원액 및 HFE-7200(제조사: 3M) 용매에 20중량%(solid content)로 희석한 표면처리제 희석액을 상온에서 석달 내지 넉달 동안 보관하였을 때 백탁(불투명성)이 발생하였다.
표면처리된 물품의 내구성 테스트
상기 표면처리제로 표면처리된 슬라이드 글라스를 양면 다목적 수세미(제품명:스카치 브라이트; 제조사: 3M)로 10회 건식 마찰시킨 후, 물접촉각 측정 포인트 총 15개를 측정하여 평균값을 구하였다.
평균 물접촉각은 100°로 마찰 전보다 많이 감소하였다.
하기 표 1은 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조한 표면처리제로 코팅한 물품의 발수성(물 접촉각), 윤활성(동적 마찰계수), 장기 보관성(투명 또는 불투명 여부) 및 물품의 내구성(수세미 마찰 후 물 접촉각 측정) 테스트 결과이다.
물 접촉각 윤활성
(동적 마찰계수)		 장기 보관성 물품 내구성
(수세미 마찰 후의 물 접촉각)
실시예 1 105.9±2.8° 0.40 무색투명 106.2±4.6°
실시예 2 110.0±5.8° 0.28 무색투명 106.8±4.1°
실시예 3 104.2±2.6° 0.47 무색투명 104.1±2.1°
비교예 1 110.4±3.8° 0.67 백탁 100.1±2.8°
상기 표 1에서 보듯이, 일 구현예에 따른 발수성 표면처리제로 코팅한 물품의 경우 발수성이 뛰어나고, 윤활성 및 장기보관성이 뛰어날 뿐 아니라 내구성도 뛰어남을 알 수 있다.
발수성, 윤활성, 장기보관성, 물품 내구성의 4가지 요소를 모두 만족하는 것은 실시예 1 내지 실시예 3으로서, 비교예 1은 장기보관성에서 백탁이 발생하여 비록 마찰 전 발수성은 어느 정도 있더라도 상품성이 떨어진다. 또한, 비교예 1은 물품 내구성도 어느 정도 떨어진다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란;
    용매;
    산; 및
    알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드 중 1종 이상;
    을 포함하는 발수성 표면처리제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란은 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 발수성 표면처리제:
    [화학식 1]
    CF3-(CF2)n-R-SiXpY3 -p
    상기 식에서,
    n은 0 내지 12의 정수이고,
    R은 탄소수 1 내지 10의 유기기, 또는 규소 원자와 산소 원자를 포함한 기이고,
    X는 H 또는 탄소수 1 내지 4의 1가 탄화수소기, 또는 상기 기의 유도체로부터 선택된 치환기이고,
    p는 0, 1 또는 2이고,
    Y는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 아실옥시기, 또는 할로겐 원자이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알킬아미드는 올레아미드(oleamide), 에루카미드(erucamide), 올레일 팔미트아미드(oleyl palmitamide), 스테아릴 에루카미드(stearyl erucamide) 및 에틸렌 비스올레아미드(ethylene bis oleamide) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 발수성 표면처리제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알킬 폴리글루코사이드는 하기 화학식 2로 나타나는 알킬 폴리글루코사이드를 적어도 1종 포함하는 발수성 표면처리제.
    [화학식 2]
    Figure 112017032063051-pat00002

    상기 식에서,
    y는 0 내지 5이고, R은 탄소수 4 내지 24의 알킬기이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드 중 1종 이상의 함량은 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란 100중량부 기준으로 0.001 내지 20 중량부의 범위인 발수성 표면처리제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드가 함께 사용되는 경우, 상기 알킬아미드와 알킬 폴리글루코사이드의 혼합비율은 중량비로 100:0.1 내지 0.1:100 범위인 발수성 표면처리제.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 물, 물과 상용성을 가지는 유기 용매, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 발수성 표면처리제.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기 용매는 탄소수 1 내지 10의 알코올 중 1종 이상을 포함하는 발수성 표면처리제.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용매의 함량은 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란 100중량부 기준으로 10 내지 300 중량부 범위인 발수성 표면처리제.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 용매로서 물과 상기 유기 용매가 함께 사용되는 경우, 물과 상기 유기 용매의 혼합비율은 중량비로 1:100 내지 100:1 범위인 발수성 표면처리제.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 산은 염산, 아세트산, 질산, 황산 및 인산 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 발수성 표면처리제.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 산은 0.001 내지 1 N의 수용액인 발수성 표면처리제.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 산의 함량은 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란 100중량부 기준으로 0.001 내지 50 중량부 범위인 발수성 표면처리제.
  14. 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란 및 알킬 폴리글루코사이드와 알킬 아미드 중 1종 이상을 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계; 및
    상기 혼합물을 용매에 용해시킨 다음 산을 첨가하여 졸-겔 반응시키는 단계;
    를 포함하는 발수성 표면처리제의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 퍼플루오르알킬기 함유 오르가노폴리실란은 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 발수성 표면처리제의 제조방법:
    [화학식 1]
    CF3-(CF2)n-R-SiXpY3 -p
    상기 식에서,
    n은 0 내지 12의 정수이고,
    R은 탄소수 1 내지 10의 유기기, 또는 규소 원자와 산소 원자를 포함한 기이고,
    X는 H 또는 탄소수 1 내지 4의 1가 탄화수소기, 또는 상기 기의 유도체로부터 선택된 치환기이고,
    p는 0, 1 또는 2이고,
    Y는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 아실옥시기, 또는 할로겐 원자이다.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 발수성 표면처리제를 이용하여 물품의 표면을 처리하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 물품은 태양전지, 스마트폰, 터치패널, 이차전지, 디스플레이, 또는 자동차인 방법.
  18. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 발수성 표면처리제를 이용하여 표면처리된 물품.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 물품은 태양전지, 스마트폰, 터치패널, 이차전지, 디스플레이, 또는 자동차인 물품.
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