KR102069946B1 - 발수력이 개선된 자동차용 발수 코팅제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 유리용 발수 코팅제에 관한 것으로서, 플루오르기 함유 실란과 같은 제 1 성분과; 디메티콘과 같은 제 2 성분과; 시클로펜타 실록산의 혼합물에 산성분을 추가하여, 반응시킨 다음 추가 용매로 희석하여 제공되며, 알칼리화제로서, 0.1 내지 5 중량부의 디소디움 메타실리케이트, 또는 소디움 실리케이트를 더 포함하여, 생성된 코팅막의 산화를 방지하여 코팅막의 지속력 또는 발수 지속력을 증가시킨다.

Description

발수력이 개선된 자동차용 발수 코팅제{Coating Agent For Enhanced Water Repellency For Car Window}

본 발명은 코팅 대상물, 바람직하게는 자동차 유리 표면에 적용되는 발수력이 개선된 자동차 유리용 발수 코팅제에 관한 것이다.

자동차 제조 기술의 발전과 함께, 자동차 주행에 필요한 여러 부가 장비, 기타 화학 제제 등이 개발되어 적용되고 있다. 일례로, 비 오는 날, 운전자의 시야각 확보를 위해서, 자동차 유리면에 적용가능한 발수 특성을 갖는 코팅막을 형성할 수 있도록 하는 여러가지 코팅 제제가 출시되어 있다.

자동차 유리면에는 온갖 먼지, 특히 기름에 찌든 분진 또는 미세 금속을 포함한 먼지가 묻어 얼룩과 같은 유막이 형성되어 있다. 특히, 비 오는 날, 이 유막 위에 빗물이 묻을 경우, 빗물이 흩어지지 않고 유막 위를 덮어서, 운전자의 시야를 흐리게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 자동차 유리면에 쌓인 유막을 제거한 다음, 코팅막을 유리면에 도포하여 유막의 생성을 방지하도록 하는 것이 바람직하다. 유막은 먼지 등이 수분과 뭉쳐져서 유리면에 형성되기 때문에, 이러한 코팅막은 발수 또는 소수 특성을 갖는 성분으로 이루어져서, 유리면에 물기가 남지않도록 하여 유막이 유리면에 형성되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

대한민국특허등록번호 10-0887573호에는 산성 알콜수용액에서 플루오르알킬실란을 축합반응시키고, 여기서 생성된 실란올 올리고머로 이루어진 자동차 코팅제에 대해 언급되어 있다. 발수성인 플루오르기 함유 화합물의 반응성이 크기 때문에, 축합반응으로 안정화한 화합물이다.

상술한 바와 같이, 플루오르기 실리콘 화합물은 발수성이 우수한 소재로서, 반응성이 우수한 반면, 보유 및 보관시 물성이 변화될 가능성이 높다. 이에 따라, 플루오르기 실리콘 화합물의 안정화를 위해서 산성분을 투입하게 되어, 산성이 높은 제제가 형성된다.

자동차 매연 등으로 인해 기름으로 찌든 먼지가 자동차의 유리면에 쌓여져서 유막이 생기는데, 특히 먼지는 산성을 띄고 있는 것으로 알려져 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 발수 특성을 가진 코팅막이 유리면에 도포되더라도, 상기 코팅막에 미세 금속을 포함한 먼지가 산성화되면서, 코팅막의 결합력이 떨어지거나 손상되어 코팅막의 균열이 일어난다. 이러한 균열 부분에 먼지 등이 쌓이므로 인해서 이차적인 유막을 코팅막에 형성하게 되어 유리면에 얼룩을 발생시키게 된다.

이에 따라, 발수성이 우수한 플루오르기 함유 실리콘 화합물을 사용하면서, 코팅막의 지속성을 개선시킨 코팅제의 필요성이 대두되었다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 자동차 유리 코팅용 발수 코팅제에 관한 것으로서, 발수성이 우수한 플루오르기 함유 실리콘 화합물을 기초로 한 코팅제를 제조함에 있어서, 이것으로 자동차의 유리막 표면에 형성된 코팅막의 지속성을 개선시킨 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상술한 목적은,

10 중량부의 트리플루오르프로필트리메톡시실란, 트리플루오로메틸 트리에톡시실란, 트리플루오로메틸트리메톡시실란 또는 하나 이상의 이들의 혼합물로 이루어진 제 1 성분과;

10 내지 30중량부의 디메티콘, 페놀디메티콘, 트리메틸실록시 실리케이트 또는 이들 중 하나 이상의 혼합물로 이루어진 제 2 성분;

상기 제 1 성분과 제 2 성분을 용해시키기 위한 제 1 용제로서 5 내지 30중량부의 톨루엔, 시클로펜타 실록산 또는 이들의 혼합물과;

결합 개선제로서, 0.1 내지 5중량부의 알킬설페이트와; 그리고,

상기 제 1 성분, 제 2 성분을 제 1 용제로 용해하고, 상기 알킬설페이트가 혼합되어 형성된 혼합물을 희석하기 위한 5 내지 60중량부의 제 2 용제로서 시클로펜타 실록산; 을 제공함에 의해 달성된다.

또한, 알칼리화제로서, 0.1 내지 5 중량부의 디소디움 메타실리케이트, 또는 소디움 실리케이트를 더 포함하여, 생성된 코팅막의 산화를 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 알킬설페이트는 에틸설페이트, 디에틸설페이트 또는 이들의 혼합물이 바람직하다.

본 발명의 상기 발수 코팅제를 제공함에 의해 자동차의 유리면에 형성된 코팅 막의 결합 지속성을 개선시켜서, 자동차 유리면에 코팅막을 자주 적용해야만 하는 번거로운 문제를 극복하게 한다.

본 발명의 자동차 유리면 코팅용 발수 코팅제는 제 1 성분으로서, 플루오르기 함유 실란 화합물을 포함한다.

상기 플루오르기 함유 실란 화합물은 발수 특성이 우수하다. 상술한 바와 같이, 플루오르기는 반응성이 높고 불안정하여, 축합 반응등을 통해, 반응성을 제거하고 조성물로 코팅제를 제조한다.

그러나, 본 발명의 발명자는 플루오르기 함유 실란을 기초로 한 코팅제로 유리막에 코팅막을 형성한 후, 시간이 경과하면 코팅막이 손상되는 것을 발견하였다.

플루오르기 함유 실란 화합물은 여러 종류가 공지되어 있으나, 본 발명에서 사용되는 플루오르기 함유 실란은 안정성이 우수한 트리플루오르프로필 트리메톡시실란, 트리플루오로메틸 트리에톡시실란, 트리플루오로메틸 트리메톡시실란 또는 하나 이상의 이들의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 실시예는 다음과 같다.

플루오르기 함유 실란 화합물(이후, 제 1 성분"으로 언급)은 10 중량부가 포함되며, 발수 코팅제 전체에 대비하여, 과량이 포함되면 유리면의 코팅의 결합 지속력이 떨어지는 반면, 함유량이 작으면 발수 특성이 떨어져서 발수 코팅 효과가 급감한다.

제 2 성분은 10 내지 30중량부의 디메티콘, 페놀디메티콘, 트리메틸실록시 실리케이트 또는 이들 중 하나 이상의 혼합물로 이루어진다.

디메티콘, 페놀디메티콘, 또는 트리메틸실록시 실리케이트, 또는 이들의 혼합물 (이하, "제 2 성분"으로 언급)은 코팅 생성물의 전색제의 특성 또는 발림성을 개선시킨다. 상기 제 1 성분 10중량부에 대해, 제 2 성분이 10중량부 이하 이면, 자동차 유리면에 코팅제를 도포할 때, 코팅의 두께가 일정하지 않게 형성되거나 기포가 발생되어 유리면을 통한 가시성을 방해한다. 상기 제 1 성분 10 중량부에 대해서, 제 2 성분이 30중량부 이상 포함되면 코팅의 결합력이 떨어져서 코팅이 박리되기 쉽다.

플루오르기 함유 실란의 상기 제 1 성분과 상기 디메티콘 계의 제 2 성분을 용해시키기 위한 용제로는 이후에 언급될 알칼리화제와 함께 혼합되더라도, 발수 특성을 유지시킬 수 있는 화합물이 사용된다. 이러한 제 1 용제로는 시클로펜타 실록산(cyclopenta siloxane), 또는 톨루엔 또는 이들의 혼합물이 바람직하며, 5 내지 30중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 그러나, 제 1 용제는 상기 시클로펜타실록산, 또는 톨루엔에 제한되는 것은 아니며, 에틸, 메틸, 알코올류 또는 기타 석유계 용제 등의 다른 변형예를 용이하게 구현할 수 있을 것이다.

한편, 플루오르기 함유 실란인 상기 제 1 성분과 디메티콘계열의 화합물인 제 2 성분을 제 1 용제로 용해하면서, 결합 개선제로서, 반응을 촉진시키기 위한 산성분을 추가하는 것이 바람직하다. 시판되는 통상적인 무기산의 첨가가 가능하지만, 알킬설페이트가 바람직하며, 상기 알킬설페이트는 에틸설페이트, 디에틸설페이트 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.

결합 개선제로서, 알킬설페이트는 0.1 내지 5중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 0.1 중량부 이하인 경우, 반응에 관여하지 않는 것으로 보이며, 5 중량부 이상인 경우에는 임계치로 보여서 추가 첨가를 하여도 반응 개선에 변화가 없다.

제 1 성분으로서, 트리플루오르프로필 트리메톡시실란, 트리플루오로메틸 트리에톡시실란, 트리플루오로메틸트리메톡시실란 또는 하나 이상의 이들의 혼합물과, 제 2 성분으로서, 디메티콘, 페놀디메티콘, 트리메틸실록시 실리케이트 또는 이들 중 하나 이상의 혼합물과, 톨루엔, 시클로펜타 실록산 또는 이들의 혼합물을 혼합한다. 상기 화합물로 이루어진 혼합물의 반응성을 촉진시키기 위해서, 산성분인 알킬설페이트를 추가하여, 10 분 내지 3시간 동안 유지한다.

상술한 바와 같이 제조된 혼합물은 시클로펜타 실록산을 혼합하여 희석하여 사용할 수 있다.

<비교 실험예>

실온에서, 트리플루오르프로필트리메톡시실란, 디메티콘 각 100g을 시클로펜타 실록산 150g으로 배치탱크에 용해시킨 다음, 에틸설페이트 30g을 추가하였다. 1시간 후에 시클로펜타 실록산 100g을 추가하여 희석하였다.

이와 같이 생성된 코팅제 혼합물을 30cm x 30cm 유리 시편에 코팅하였다.

매연이 자주 발생되는 환경(교통량이 많은 도로변)에서 90일 배치후에 유막의 생성을 확인하였으며, 10곳에서 유막 또는 얼룩이 발생된 것을 확인하였다.

또한 발수 지속력이 열악하여 21곳에서 난반사가 발생하였다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제 1 성분과 제 2 성분을 제 1 용제에 용해시키고 산성분을 추가하여 반응시킨 다음, 제 2 용제를 추가하여 생성된 혼합물을 희석한다.

본 발명의 발명자는 상기와 같이 생성된 혼합물에 알칼리화제를 첨가할 경우, 코팅제를 유리면에 적용한 코팅으로 이루어진 막의 결합력을 증가시켜서 유리면에 장시간 코팅을 지속시켜서 사용할 수 있음을 발견하였다. 상기 알칼리화제를 첨가하지 않은 경우에 비해서 배 이상 사용시간을 증가시킬 수 있다.

상기 알칼리화제로는 디소디움 메타실리케이트, 또는 소디움 실리케이트가 바람직하지만, 그 사용 종류는 본 발명에 제한되지 않으며, 당해업자에 의해 다른 종류가 적용가능함은 자명하다.

상기 디소디움 메타실리케이트, 또는 소디움 실리케이트는 0.1 내지 5중량부가 포함되는 것이 바람직하다.

<실험예 1>

트리플루오르프로필 트리메톡시실란, 디메티콘 각 100g을 시클로펜타 실록산 150g으로 배치탱크에 용해시킨 다음, 에틸설페이트 30g을 추가하였다. 1시간 후에 시클로펜타 실록산 100g을 추가하여 희석하였다.

이 혼합물에 20g의 디소디움 메타실리케이트를 추가하고 6시간 이상 경과한 다음 생성된 코팅제 혼합물을 30cm x 30cm 유리 시편에 코팅하였다.

매연이 자주 발생되는 환경에서 90일 배치후에 유막 또는 얼룩이 2개가 발생하였다. 난반사가 발생하지 않았다.

<실험예 2>

트리플루오르메틸 트리에톡시실란 100g, 디메티콘 각 150g을 시클로펜타 실록산 150g으로 배치탱크에 용해시킨 다음, 에틸설페이트 50g을 추가하였다. 1시간 후에 시클로펜타 실록산 100g을 추가하여 희석하였다.

이 혼합물에 30g의 디소디움 메타실리케이트를 추가하고 6시간 이상 경과한 다음 생성된 코팅제 혼합물을 30cm x 30cm 유리 시편에 코팅하였다.

매연이 자주 발생되는 환경에서 90일 배치후에 유막의 생성을 발견하지 못하였다. 배치후에 유막 또는 얼룩이 2개가 발생하였다. 난반사가 발생하지 않았다.

<실험예 3>

트리플루오르메틸 트리메톡시실란 100g, 디메티콘 각 150g을 시클로펜타 실록산 150g으로 배치탱크에 용해시킨 다음, 에틸설페이트 10g을 추가하였다. 1시간 후에 시클로펜타 실록산 100g을 추가하여 희석하였다.

이 혼합물에 40g의 디소디움 메타실리케이트를 추가하고 6시간 이상 경과한 다음 생성된 코팅제 혼합물을 30cm x 30cm 유리 시편에 코팅하였다.

매연이 자주 발생되는 환경에서 90일 배치후에 유막 또는 얼룩이 3개에서 발생하였다. 난반사가 발생하지 않아서 가시성이 우수하였다.

<실험예 4>

트리플루오르프로필 트리메톡시실란, 디메티콘 각 100g을 시클로펜타 실록산 150g으로 배치탱크에 용해시킨 다음, 에틸설페이트 30g을 추가하였다. 1시간 후에 시클로펜타 실록산 100g을 추가하여 희석하였다.

이 혼합물에 50g의 디소디움 메타실리케이트를 추가하고 6시간 이상 경과한 다음 생성된 코팅제 혼합물을 30cm x 30cm 유리 시편에 코팅하였다.

매연이 자주 발생되는 환경에서 90일 배치후에 유막 또는 얼룩이 2곳에서 발생하였다. 3 부분에서 난반사가 발생하였다.

본 발명의 제 2 실시예는 다음과 같다.

제 2 실시예에 따르면, 제 1 성분으로, 퍼플루오르알킬에틸 아크릴레이트 또는 퍼플루오로알킬에틸 메타아크릴레이트, 제 2 성분으로서, 비닐 트리메톡시 실란, 및 비닐 트리에톡시실란이 사용될 수 있으며, 제 1 용제로서, 시클로펜타 실록산 또는 석유계 알코올 계열 화합물 또는 이들의 혼합물이 적용된다. 제 1 실시예에 같은 산성분은 추가하지 않고 적용하는 것도 가능하다. 반응 촉진을 위한 성분으로는 무기산 또는 상술한 바와 같은 제 1 실시예의 알킬설페이트를 사용하는 것이 바람직하다.

성분 함량은 제 1 실시예와 동일하며, 선택적으로, 산성분인 알킬설페이트보다는 황산, 염산등의 무기산을 첨가하는 것이 바람직하다.

희석제로서, 제 2 용제는 시클로펜타 실록산을 첨가하여 희석하여 사용한다.

<실험예 5>

퍼플루오르알킬에틸 아크릴레이트, 비닐 트리메톡시 실란 100g에 10% 염산 20g을 첨가하여 배치탱크에서 3시간동안 반응시켰다. 이어서,시클로펜타 실록산 100g을 추가하여 희석하였다.

이 혼합물에 30g의 디소디움 메타실리케이트를 추가하고 6시간 이상 경과한 다음 생성된 코팅제 혼합물을 30cm x 30cm 유리 시편에 코팅하였다.

매연이 자주 발생되는 환경에서 90일 배치후에 4곳에서 얼룩이 발생하였다. 난반사가 발생하지 않았다.

표 1로 정리하면 다음과 같다.

	비교실험예	실험예1	실험예2	실험예3	실험예4	실험예5
유막 (얼룩발생빈도)	10	2	2	3	2	4
발수 지속성 (난반사발생빈도)	21	0	0	0	3	0

장시간 매연 환경에 노출되게 될 때, 코팅막이 파손되면, 일부 파손된 부분에서 난반사가 발생할 수 있으며, 상기 시편에서 난반사 부분의 발생빈도를 계수하였다. 난반사가 발생되는 것을 코팅막이 손상된 것으로 간주하였다.

본 발명의 상기 성분들은 반응기에서 단순 교반하여 제조가 가능하며, 대상 유리 표면에 적용하고 상온 건조하면, 발수 지속력이 2배이상 개선되며, 우수한 성능이 발현되는 코팅막을 형성하게 되며, 코팅막의 결합력의 지속성을 증가시킨다.

Claims (3)

10 중량부의 트리플루오르프로필 트리메톡시실란, 트리플루오로메틸 트리에톡시실란, 트리플루오로메틸트리메톡시실란 또는 하나 이상의 이들의 혼합물로 이루어진 제 1 성분과;
10내지 30중량부의 디메티콘, 페놀디메티콘, 트리메틸실록시 실리케이트 또는 이들 중 하나 이상의 혼합물로 이루어진 제 2 성분;
상기 제 1 성분과 제 2 성분을 용해시키기 위한 제 1 용제로서 5 내지 30중량부의 톨루엔, 시클로펜타 실록산 또는 이들의 혼합물과;
0.1 내지 5중량부의 에틸설페이트, 또는 디에틸설페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 결합 개선제; 그리고,
상기 제 1 성분, 제 2 성분을 제 1 용제로 용해하고, 상기 결합 개선제가 혼합되어 형성된 혼합물을 희석하기 위한 5 내지 60중량부의 제 2 용제로서 시클로펜타 실록산으로 이루어지며,
생성된 코팅막의 산화를 방지하기 위해서, 알칼리화제로서, 0.1 내지 5 중량부의 디소디움 메타실리케이트, 또는 소디움 실리케이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 유리용 발수 코팅제.

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