KR102523108B1

KR102523108B1 - 김 서림 방지용 코팅 조성물, 상기 조성물의 제조방법 및 상기 조성물을 이용한 코팅방법

Info

Publication number: KR102523108B1
Application number: KR1020220005319A
Authority: KR
Inventors: 우엄식
Original assignee: 주식회사 가든
Priority date: 2022-01-13
Filing date: 2022-01-13
Publication date: 2023-05-26

Abstract

본 발명은, 김 서림 방지 코팅 조성물의 구성이 상온 경화가 가능한 알칼리 규산염 화합물, 알칼리 인산화합물, 알칼리 붕소화합물, 및 콜로이드 실리카와 유기물로 비이온성 또는 음이온성 계면활성제, 친수성 지방산 모노에스텔 화합물 및 용제가 물로 구성되는 것을 특징으로 하는 상온 경화형 김 서림 방지용 코팅 조성물, 제조방법 및 코팅방법에 관한 것이다.

Description

김 서림 방지용 코팅 조성물, 상기 조성물의 제조방법 및 상기 조성물을 이용한 코팅방법 {A ANTI-FOG COATING COMPOSITION, A MANUFACTURING METHOD OF THE COMPOSITION AND A COATING METHOD USING THE COMPOSITION}

본 발명은 김 서림 방지용 코팅 조성물, 상기 조성물의 제조방법 및 상기 조성물을 이용한 코팅방법에 관한 것이다.

물체의 표면에 김 서림이 발생되는 현상은 물체의 온도가 이슬점 온도보다 낮은 경우 공기 중의 수분이 물체의 표면에 응축되어 작은 물방울이 형성되기 때문이다. 이때 물방울이 물체의 표면과 접촉되는 접촉각이 10°이하인 경우는 초친수성 현상으로서 작은 물방울이 물체의 표면에 거의 완전히 접촉되는 습윤 현상을 나타내며, 접촉각이 약 150°이상인 경우는 초소수성 현상으로서 물방울이 물체의 표면에 거의 습윤 되지 않는 현상을 나타내게 된다.

일상생활에 항상 접하고 있는 광학소재 예를 들면 창유리, 거울, 안경, 고글, 망원경이나 카메라 렌즈 및 자동차 해드램프, 백밀러, 도로표시 반사거울 등은 항상 공기 중에 노출되어 사용되므로 주위 온도변화에 따라 물체의 표면이 이슬점 온도 이하가 되는 경우 작은 물방울이 물체의 표면에 응축되어 김 서림 현상으로 인해 광의 비정상적인 투과 혹은 반사 작용으로 인한 불편을 격고 있다.

따라서 이러한 김 서림 현상을 방지하는 방법은 물체의 표면을 초소수성 또는 초친수성 표면으로 변화시키는 방법을 강구하는 것이 가장 효과적인 방법으로 알려져 있고 특히 물체의 표면을 초친수성 표면으로 형성하는 것이 더욱 효과적인 방법으로 알려져 있다.

물체의 표면을 초친수성이 되게 형성하는 표면처리 방법은 수많은 방법이 알려져 있으나 가장 일반적인 방법은 금속산화물 나노입자 분산액, 친수성 폴리머, 계면활성제 및 기타 첨가제를 포함하는 코팅조성물을 대상이 되는 광학소재의 표면에 코팅하여 가열 경화하는 방법이다.

특허문헌 1은 김 서림 방지 특성의 유연성 바이저 및 코팅조성물에 관한 것으로 특히 접착성, 경성, 및 친수성 중합체 폴리머로 구성되는 투명 복합체 코팅조성물에 관한 기술내용이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는 김 서림 방지 이외에 내약품성, 내오염성 및 내찰상성 등이 우수한 코팅 조성물로 폴리에틸실록산, 알킬기 또는 에폭시기를 포함하는 친수성 폴리머로 구성되는 코팅 조성물에 관한 것이다.

특허문헌 3은 베타인계 불소화합물, 무기질 나노입자를 포함하는 코팅액에 관한 것이고 특헌 문헌 4는 다공질 실리카 나노입자, 폴리비닐 폴리머, UV 가공성 희석제, UV 개시제를 포함하는 반사방지 및 김 서림 방지 코팅에 관한 내용이 개시되어 있다.

특허문헌 5에는 폴리우레탄 물분산성 폴리머, 불소계 계면활성제, 콜로이드 실리카를 포함하는 코팅 조성물에 관한 내용이 기술되어 있다.

상기한 모든 김 서림 방지 코팅액을 기재에 코팅하는 방법은 일반적인 스프레이, 침적, 및 스핀 코팅방법으로 도포한 후 약 100℃이상에서 약 10분 이상 경화시키는 공정이 필수적인 요건으로 알려져 있다.

따라서 상온경화를 위한 코팅 조성물의 구성은 상기한 종래의 방법으로는 해결하기가 어려운 실정이다.

특허문헌 1: 대한민국특허청 등록특허공보 10-1834735 (2018. 2. 27) 특허문헌 2: 일본특허공보 특허제 4978828 (2012. 7. 18.) 특허문헌 3: 일본공개특허공보 특개2021-038284 (2021. 3. 11.) 특허문헌 4: 일본특허공보 특허제 5819198 (2015. 10. 9.) 특허문헌 5: 일본특허공보 특허제 6836770 (2021. 2. 10.)

본 발명의 해결과제는 친수성 코팅 재료의 구성을 물 분산성 재료로 단순화 하고, 코팅 조성물, 제조공정 및 시공방법에서 친환경 재료를 사용하여 환경공해를 최소화하며, 인체에 대한 안정성, 코팅제조 공정에 대한 작업성을 용이하게 하며, 특히 상온경화가 가능한 코팅 조성물 및 이의 기재에 대한 코팅방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 해결과제는 기재(유기 혹은 무기질 재료)의 표면을 고도로 친수화시켜 표면에 부착되는 유기물이나 미세 무기질 분진 등의 오염물을 물로 세척하여 제거가 가능한 오염방지 및 정전기 방지 효과를 가지는 코팅제를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 해결과제는 코팅재료의 구성을 무기물/유기물 하이브리드 코팅 조성물로 하여 제조비용이 저렴하고, 용제로 물 및 알코올류 용제를 사용하여, 상온경화(25±5℃)는 물론 기재 표면의 하드코팅을 위해 100℃ 이상의 소성경화도 가능한 코팅 조성물 및 그 코팅방법을 제공하는 것이다.

해결수단에 있어서, 상온 경화가 가능한 알칼리 규산염 화합물, 알칼리 인산화합물, 붕소화합물 및 콜로이달 실리카와, 유기물로는 비이온성 또는 음이온성 계면활성제 및 친수성 유기수지 화합물과, 용제로는 물과 알코올로 구성되는 것을 특징으로 한다.

알칼리 규산염 화합물은 규산소다, 규산칼륨 또는 규산리튬 등을 사용 할 수 있고, 알칼리 인산화합물은 인산2수소나트륨(NaH₂PO₄

nH₂O), 또는 인산2수소칼륨(NaH₂PO4

nH₂O), 붕소화합물로는 붕산(H₃BO₃) 또는 붕사(NaB₄O₇

10H₂O를 사용 할 수 있다. 콜로이달 실리카는 SiO₂ 고형분이 20% 또는 40%이고 입자의 크기는 약 50㎚이하인 것을 사용 할 수 있다.

유기물은 습윤제로 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 노닐페놀(polyoxyehtylene nonylphenol), 불소계 계면활성제(fluorosurfactants), 폴리에델 폴리옥시알킬렌(polyether-polyoxyalkylene), 비이온성인 폴리에텔 폴리실록산(polyehter polysiloxane)을 사용할 수 있다.

김 서림 방지제로 친수성 유기물은 아크릴 또는 우레탄 폴리머, 트리글리세린 모노올레이트(triglyceryl monooleate), 솔비탄 모노올레이트(solvitan monooleate), 소듐 알킬설페이트(sodium alkylsulfate), 수용성 셀루로즈 등을 사용 할 수 있다.

기재에 대한 코팅 방법은 점도가 조절된 코팅 조성물을 기재의 표면에 침적, 브러싱, 스프레이, 스핀 코팅 등의 방법으로 약 1～5㎛ 두께로 코팅 한 후 상온(25±5℃)에서 약 1시간 건조하여 코팅 막을 경화시킨다. 기재 표면의 하드 코팅(연필경도 6H 이상)을 위해서 약 100내지 200℃에서 약 10분간 경화 시킬 수도 있다.

해결수단으로의 조성물을 이용한 김 서림 방지 코팅 막에 대한 제반물성은 ① 코팅막의 외관, ② 밀착성, ③ 고온 김 서림방지 측정, ④ 저온 밀착성, 등을 측정 평가하여 검증한다.

본 발명에 의한 코팅조성물은 유/무기질 기재에 대한 김서림 방지 효과뿐만 아니라 내오염성, 부착성, 내반사성, 정전기 방지 및 투명성이 요구되는 기재에 대해서도 우수한 효과를 가지는 특성을 가진다.

본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예, 참조예 및 도면에 기술된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 일 예에 불과할뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저 본 발명의 해결원리의 기초개념에 대해 설명한다. 본 발명은 코팅 재료의 구성을 물 분산성 재료로 단순화 하고, 코팅 조성물, 제조공정, 및 시공방법에서 친환경 재료를 사용하여 환경공해를 최소화하며, 인체에 대한 안정성, 코팅제조 공정에 대한 작업성을 용이하게 하며 특히 상온경화가 가능한 코팅 조성물 및 이의 기재에 대한 코팅방법을 제공하고자 한 것이다.

실시예 1. 코팅 조성물 구성

본 발명에 대한 기술적 수단에 있어서, 중요 조성물은 상온 경화가 가능한 알칼리 규산염 화합물, 알칼리 인산화합물, 알칼리 붕소화합물, 및 콜로이달 실리카와 유기물로 비이온성 또는 음이온성 계면활성제, 친수성 폴리우레탄 수지 화합물 또는 셀룰로즈로 구성되고 용제로는 물을 사용하는 것을 특징으로 한다.

알칼리 규산염 화합물은 규산소다, 규산칼륨, 규산리튬 등을 사용 할 수 있고, 알칼리 인산화합물은 인산2수소소다(NaH₂PO₄

nH₂O), 또는 인산2수소칼륨(NaH₂PO4

nH₂O), 붕소화합물로는 붕산(H₃BO₃) 또는 붕사(NaB₄O₇

10H₂O를 사용 할 수 있다.

규산소다는 액상규산소다, 액상규산칼륨 및 규산리튬을 사용할 수 있으며, 이 가운데 액상 규산소다와 액상 규산칼륨을 사용하고, SiO₂/Na(K)₂O 몰비가 2.0～4.0인 것을 사용한다.

알칼리 인산화합물로는 제1인산나트륨(NaH₂PO₄

2H₂O). 제2인산나륨(Na₂HPO₄

12H₂O), 산성피로인산나트륨(Na₃PO₄

12H₂O), 피로인산나트륨(Na₄P₂O₇

10H₂O), 헥상메타인산나트륨(NaPO₃)₆, 트리폴리인산나트륨(Na₅P₃O₁₀), 제1인산칼륨(NaH₂PO₄), 제2인산칼륨(Na₂HPO₄), 제3인산칼륨(K₃PO₄), 피로인산칼륨(K₄P₂O₇), 폴리인산칼륨(K₅P₃O₁₀), 제1인산암모늄(NH₄H₂PO₄), 제2인산암모늄((NH₄)₂HPO₄) 등의 결정성 또는 무수물을 사용 할 수 있으나 본 발명에서는 물에 대한 용해도가 높고 약 산성인 제1인산나트륨(NaH₂PO₄

2H₂O)과 제1인산칼륨(NaH₂PO₄)을 주로 사용하는 것이 바람직하다.

코팅 조성물의 경화속도를 향상시키기 위해서 붕소화합물을 사용하고 붕산(H₃BO₃) 또는 붕사(NaB₄O₇

10H₂O)를 단독 혹은 병용하여도 무방하다.

콜로이달 실리카는 평균입자의 크기가 5내지 50㎜이고 고형분 농도가 20% 혹은 40%인 것을 사용한다.

습윤제로 사용한 계면활성제는 비이온성인 폴리에텔 폴리실록산(polyehter polysiloxane)을 사용하고, 김 서림 방지제로는 친수성 아크릴 또는 우레탄 폴리머, 트리글리세린 모노올레이트(triglyceryl monooleate), 솔비탄 모노올레이트(solvitan monooleate), 소듐 알킬설페이트(sodium alkylsulfate), 수용성 셀루로스로 메틸셀루로스, 에틸셀루로스, 하이드록시에틸셀루로스, 카복실메틸셀루로스 등을 사용 할 수 있으나 본 발명에서는 코팅막 자체로 김 서림방지 효과가 우수한 수성 하이드록시에틸셀루로스를 사용하였다.

용제로 사용한 물은 탈이온수, 증류수, 수도수 등 어느 것을 사용하여도 무방하나 본 발명에서는 탈이온수를 사용하였다. 유기 용제로는 알코올류로 에틸알코올, 메틸알코올, 아이소푸로필알코올 등을 사용한다.

상기한 코팅 조성물의 구성비는 상온경화 혹은 소성경화 어느 경우에 있어서나 동일한 구성비의 조성물을 사용 할 수 있으며, 그 구성비는 규산칼륨 2 내지 17중량부, 제1인산칼륨(무수물) 0.3 내지 0.5중량부 또는 제1인산나트륨 0.3 내지 0.5중량부 또는 제1인산칼륨과 제1인산나트륨을 3 : 2 내지 4 : 1의 비율로 혼합한 혼합물을 0.3 내지 0.5중량부, 콜로이달 실리카 0.1 내지 5.0중량부, 및 수성 하이드록시에틸셀루로스 0.1 내지 0.5중량부를 포함할 수 있다.

이 때 붕산 0.01내지 0.5중량부 및 계면활성제 0.01 내지 0.05중량부가 포함될 수 있으며, 나머지는 탈이온수 및 알코올로 구성되는 것을 특징으로 한다.

아래 표 1은 상기한 코팅 조성물의 구성비를 변화시킨 여러 가지 실험예 및 비교예를 나타낸 것이다.

실험예	코팅 조성물의 종류 및 구성비(중량부)
실험예	규산 나트륨	규산 칼륨	제1 인산나트륨	제1 인산칼륨	콜로이달실리카	붕산	계면활성제	친수성화합물	물	알코올
1	-	5.0	-	0.5	1.0	0.1	0.02	0.2	나머지	1.0
2	-	7.0	0.2	0.3	1.0	0.1	0.02	0.3	“	1.0
3	-	10.0	0.2	0.3	1.0	0.1	0.02	0.4	“	1.0
4	-	5.0	-	0.3	2.0	0.1	0.02	0.5	“	1.0
5	-	5.0	-	0.3	3.0	0.1	0.02	0.1	“	1.0
6	5.0	-	0.5	-	3.0	0.1		0.2	“	-
7	7.0	-	0.3	-	3.0	0.1		0.3	“	1.0
8	10.0	-	0.3	-	3.0	0.1		0.1	“	-
9	2.0	2.0	0.2	0.2	3.0	0.1		0.2	“	-
10	2.0	2.0	0.1	0.2	3.0	0.1		0.5	“	1.0
11	2.0	2.0	0.1	0.4	3.0	0.1		0.5	“	1.0
12	-	5.0	-	0.5	5.0	0.1	0.02	0.5	“	1.0
13	-	10.0	-	0.5	2.0	0.1	0.02	0.2	“	-
14	-	17.0	-	0.5	2.0	0.1	0.02	0.1	“	-
비교예
1	5.0	-	0.1	-	3.0	0.1	0.02	“	“	-
2	7.0	-	0.3	-	3,0	0.1	0.02	“	“	-
3	10.0	-	0.5	-	3,0	0.1	0.02	“	“	-

표 1에서 친수성 화합물은 수성 하이드록시에틸셀루로스이다.

실시예 2. 코팅 조성물 구성 및 제조방법

상기한 김 서림방지 코팅 조성물의 제조방법은 상기한 표 1.의 각 조성물의 사용량에 따라 먼저 제1인산칼륨 혹은 제1인산나트륨(무수물) 분말을 스테인레스 용기에 넣고 적당양의 물을 가하여 가열 교반하여 무색의 투명한 수용액을 제조한다. 다음 여기에 일정량의 고형분이 함유된 규산소다 혹은 규산칼륨 용액과 콜로이달 실리카 용액을 상온에서 서서히 첨가하여 교반 혼합한다. 이때 희석 염산, 붕산 혹은 붕사를 용액의 pH를 조절하기 위하여 첨가한다.

겔화 반응을 억제하기 위해 물을 다시 첨가하여 희석시킨 다음 계면활성제와 유기 김 서림 방지 폴리머를 첨가하여 용액이 무색투명한 수용액이 될 때까지 상온에서 교반 혼합하여 코팅 조성물 용액을 완성한다.

기재에 대한 코팅 방법은 상기한 점도가 조절된 코팅 조성물을 기재의 표면에 침적, 브러싱, 스프레이, 또는 스핀 코팅 등의 방법으로 1～5㎛ 두께로 코팅 한 후 상온(25±5℃)에서 1시간 건조하여 코팅 막을 경화시킨다. 기재 표면의 하드 코팅(연필경도 6H 이상)을 위해서 100 내지 200℃에서 10분간 경화 시킬 수도 있다.

참고예 1. 코팅막의 물성 조사

김 서림 방지 코팅 막에 대한 제반물성은 ① 코팅막의 외관, ② 밀착성, ③ 고온 김 서림방지 측정, ④ 저온 밀착성, 등을 측정 평가한다.

① 코팅막의 육안평가: 투명성, 해이즈의 유무에 관하여 평가한다. 투명도는 A, B, C급으로 구분하고 해이즈 정도는 불투명 정도를 A, B, C로 평가하여 A는 투명, B는 약간 흐림, C의 경우는 불투명한 것으로 평가한다.

② 밀착성 평가: 크로스커트 시험, 온도변화에 대한 시험 실온정치, 80℃온수에 10시간 정치한 후 밀착정도를 평가한다. 100(완전밀착)

③ 고온 김 서림 방지 평가: 비커에 50℃온수를 넣고 코팅한 시편을 상부에 덮은 다음 기재의 내면에 김 서림 현상이 발생되는 정도를 평가한다.

④ 코팅된 시편을 -20℃의 냉장고에서 30분경과 후 실온 (20±5℃) 환경에 노출시킨 다음 1분 후부터 시편의 김 서림 현상을 관찰하여 김 서림 현상이 사라지는 정도를 평가한다.

아래 표 2는 코팅 조성물의 종류 및 구성비에 따른 물성을 나타낸 것이다.

실험예	헤이즈	밀착성	고온 김서림	저온 김서림	표면경도(연필경도H)
실험예	헤이즈	밀착성	고온 김서림	저온 김서림	상온경화	소성경화
1	A	100	양호	양호	3	7
2	B	100	“	“	4	8
3	C	100	“	“	5	9
4	A	100	“	“	5	8
5	A	100	“	“	5	8
6	A	100	“	“	5	9
7	A	100	“	“	5	9
8	A	100	“	“	5	8
9	A	100	“	“	4	8
10	A	100	양호	“	5	7
11	A	100	양호	“	5	8
12	B	100	불량	“	6	9
13	C	100	양호	양호	5	8
비교예
1	A	100	양호	불량	4	8
2	B	80	양호	불량	5	9
3	C	70	불량	불량	5	9

상온경화에서는 코팅막의 경도가 연필경도로 약3 내지 5를 나타내고 100℃이상 소성경화를 거치면 경도가 약7 내지 9로 증가하는 경향을 나타낸다. 대체적으로 본 발명의 구성비에서는 양호한 김서림 방지 성능을 나타내고 있음을 알 수 있다.

이상 본 발명을 실시예 및 참고예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 비점착성 세라믹 코팅 조성물의 구성 및 그 제조방법에 있어서 "첨가하다", "혼합하다", 또는 "구성하다", 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

알칼리 규산염 화합물, 알칼리 인산화합물, 콜로이달 실리카, 붕소화합물, 비이온성 계면활성제, 친수성 김서림방지제, 알코올 및 물로 구성되는 상온 경화형 김 서림 방지 코팅 조성물에 있어서,
상기 알칼리 규산염 화합물은 규산칼륨 5중량부,
상기 알칼리 인산화합물은 제1인산칼륨(무수물) 0.3중량부,
상기 콜로이달 실리카는 2.0~3.0중량부,
상기 붕소화합물은 붕산 0.1 중량부,
상기 비이온성 계면활성제는 폴리에텔 폴리실록산(polyehter polysiloxane) 0.02 중량부,
상기 친수성 김서림방지제로는 수성 하이드록시에틸셀루로스 0.1~0.5중량부 및
상기 알코올 1.0중량부로 조성되는 것을 특징으로 하는 상온 경화형 김 서림 방지용 코팅 조성물.
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