KR102555398B1

KR102555398B1 - 고경도 초발수 투명 코팅액

Info

Publication number: KR102555398B1
Application number: KR1020200146650A
Authority: KR
Inventors: 임호선
Original assignee: 숙명여자대학교산학협력단
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2023-07-12
Also published as: KR20220060735A

Abstract

본 발명은 고경도 초발수 투명 코팅액을 제공한다.
상기 고경도 초발수 투명 코팅액은 코팅 폴리실록산계 화합물을 포함하며, 130° 이상의 물 접촉각 및 4H 이상의 연필경도를 동시에 나타내는 코팅막을 형성한다.

Description

고경도 초발수 투명 코팅액{TRANSPARENT COATING LIQUID WITH HIGH HARDNESS AND SUPER-HYDROPHOBICITY}

본 발명은 고경도 초발수 투명 코팅액에 관한 것이다.

최근 탈황설비, 발전시설, 집진기, 소각로, 보일러 또는 주조장치 등 다양한 산업설비 제조, 금속 용탕의 이송이나, 급탕, 지지 등을 실시하는 주탕박스, 주탕박스의 내부용재 또는 열교환기의 금속관 등의 부속부재로 내열성 코팅제가 널리 사용되고 있다.

또한, 특히 제철, 철강 및 석유화학 등 특정 분야의 산업 설비의 경우, 각 공정에서 고온의 열에 쉽게 노출되므로 노후화 및 열손실이 발생하기 쉽고 화재의 발생으로 인한 산업재해가 발생할 위험이 있어, 내열성 코팅제를 사용하여 산업설비를 보호하는 것이 필수적이다.

실내건축에 사용되는 일반적인 페인트, 도료의 경우도 화재의 발생과 같은 고온의 환경에 노출되어 연소될 경우 유독가스를 배출하고 이로 인한 인명사고를 야기하므로 상기 내열성 코팅제를 사용하는 것이 바람직하다. 내열성 코팅제를 함유한 페인트, 도료의 경우 화재시 유독가스의 발생을 방지해 건축물의 손상을 최소화할 수 있게 해준다.

이와 같이 다양한 분야에 사용되는 내열성 코팅제는 100℃ 이상의 고온을 유지하는 물체에 도포되어도 변색, 균열, 연화 또는 박리와 같은 도막의 파손이 정해진 기준 이하로 발생하게 한다. 내열성 코팅제로 사용되는 안료로는 알루미늄, 아연, 흑연, 주석, 카드뮴 분말 또는 석영이 사용되고 바인더로는 실리콘 수지 등이 사용되는 것으로 알려져 있다.

그러나 종래의 내열성 코팅제는 온도에 따른 피도물의 표면 변화에 대응이 어려울뿐만 아니라, 내열성을 향상시키기 위하여 첨가되는 유기화합물 또는 금속 화합물로 인하여 고온에서 유해물질을 발생시키는 등 중금속 오염에 의한 심각한 공해문제를 야기하였다.

특히, 철강산업 등 분야에서 종래의 내열성 코팅제의 한계가 두드러지게 나타났다. 구체적으로 용선 L/D, 용강, 장입 L/D, 토페토카, 코크스 오븐도어, OLC(Open Ladle Car) 및 기타 지금부착 방지 개소 등에 있어서 내열성 코팅제가 갖는 한계로 인해, 비산 발생으로 인한 환경오염 등이 다량 발생하였다.

따라서, 이러한 문제점을 개선하여 고온에서 내부 장비, 부품 등을 보호하는 고내열성을 지니면서 다양한 산업 분야에 활용할 수 있는 코팅제의 개발이 절실한 실정이다.

한편, 특정 물질 표면의 특성은 물방울 접촉각에 의하여 구분할 수 있다. 일반적으로 물방울 접촉각이 10°이하인 경우를 초친수, 10°에서 40°까지를 친수, 80°에서 110°까지를 소수(또는 발수), 140°에서 180°까지를 초소수(또는, 초발수)라고 부른다. 물질 표면의 이러한 특성은 표면에 어떠한 화합물로 구성된 코팅물질이 코팅되어 있는지에 따라 달라질 수 있다.

소수성을 높여주는 코팅제의 경우 그 활용도가 아주 다양하다. 예를 들어 대기에 둘러싸인 물체의 경우뿐만 아니라, 물과 자주 접촉하는 환경의 물체에도 활용 가능하며 구체적으로 벽, 컨테이너 표면, 칸막이, 플랫폼, 포스트, 또는 민물이나 바닷물과 장기간 접촉하는 구조물 등에도 적용할 수 있다. 또한, 이런 소수성 코팅을 금속, 유리 및 플라스틱 등 다양한 물질에 적용함으로써, 선박용 방오 도료는 물론 반도체 등 전자제품의 코팅, 도로 입간판 등 다양한 사업분야에서 응용할 수 있다.

상기 기재한 바와 같이 활용도가 높은 소수성 코팅 소재의 수요와 우수한 소수성을 가진 코팅재에 대한 필요성이 점차 증가하고 있는 반면, 최근의 경우 탄화수소를 이용한 소수성 코팅 소재가 각광받고 있으나 이러한 탄화수소 소수성 소재는 250℃ 이상의 온도에서 점차적으로 탈수소화 반응이 일어나면서 소재의 특성이 현저하게 나빠지는 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1492251호(2015.02.04 등록) 대한민국 등록특허 제10-1297368호(2013.08.09 등록) 대한민국 등록특허 제10-1582344호(2015.12.28 등록)

Polymethylhydrosiloxane-based organic-inorganic hybrids for amphiphobic coatings; Saravanan Nagappan etc, Composite Interfaces page 33-43, 2013.

본 발명은 고경도 초발수 투명 코팅액을 제공하고자 한다.

상기 고경도 초발수 투명 코팅액은 폴리실록산계 화합물을 포함하며 130° 이상의 물 접촉각 및 4H 이상의 연필경도를 동시에 나타내는 코팅막을 형성한다.

상기 폴리실록산계 화합물은 폴리실록산 주쇄를 가지며, 제1 반복단위, 제2 반복단위 및 제3 반복단위를 포함하는 변성 폴리실록산계 화합물일 수 있다. 상기 제1 반복단위에는 측쇄에 과불소화알킬기(perfluoroalkyl group)가 도입되고, 상기 제2 반복단위에는 측쇄에 알콕시실란기(alkoxy silane group)가 도입되며, 상기 제3 반복단위에는 측쇄에 에폭시가 도입된다.

본 발명은 130° 이상의 물 접촉각 및 4H 이상의 연필경도를 동시에 나타내는 코팅막을 형성하는 고경도 초발수 투명 코팅액을 제공할 수 있다.

본 발명은 130° 이상의 물 접촉각, 4H 이상의 연필경도 및 40% 이상의 투명도를 동시에 나타내는 코팅막을 형성하는 고경도 초발수 투명 코팅막을 제공할 수 있다.

도 1은 불소처리된 실리카나노입자의 함량 증가에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 코팅막의 물접촉각 및 투과율 변화에 관한 것이다.
도 2는 150℃에서 2시간 경화된 표면의 연필 경도에 관한 것이며, 검정색 선은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 표면에 관한 것이며, 붉은색 선은 비교예에 따른 코팅 표면에 관한 것이다.
도 3은 400℃에서 2시간 경화된 본 발명의 일실시예에 따른 표면의 연필경도에 관한 것이다.

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

본 명세서에서, 용어 "a 내지 b" 는 "a 이상이고 b 이하인 것"을 의미하는 것으로 정의되며, 용어 "C_a~C_b"는 탄소수가 a 내지 b 인 탄화수소 화합물 또는 탄화수소 유도체 또는 이들의 기능기(functional group) 로 정의된다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하기로 한다.

본 발명은 고경도 초발수 투명 코팅액을 제공한다. 상기 고경도 초발수 투명 코팅액은 폴리실록산계 화합물을 포함하며, 130° 이상의 물 접촉각 및 4H 이상의 연필경도를 동시에 나타내는 코팅막을 형성한다.

상기 코팅막은 투명도가 40% 이상일 수 있다.

예를 들어, 상기 코팅막은 상기 폴리실록산계 화합물을 포함하며 물 접촉각이 130° 이상이고 연필경도가 4H 이상이며 투명도가 40% 이상일 수 잇다.

예를 들어, 상기 코팅막은 상기 폴리실록산계 화합물을 포함하며 물 접촉각이 130° 이상이고 연필경도가 5H 이상이며 투명도가 40% 이상일 수 있다.

상기 폴리실록산계 화합물의 예로는 측쇄에 도입된 작용기가 서로 다른 제1 반복단위, 제2 반복단위 및 제3 반복단위를 포함하는 변성 폴리실록산계 화합물을 들 수 있다.

상기 변성 폴리실록산계 화합물은 폴리실록산 주쇄를 가지며, 상기 제1 반복단위의 측쇄에는 과불소화알킬기(perfluoroalkyl group)가 도입되고 상기 제2 반복단위의 측쇄에는 알콕시실란기(alkoxy silane group)가 도입되며 상기 제3 반복단위의 측쇄에는 에폭시가 도입된다.

상기 과불소화알킬기는 상기 변성 폴리실록산계 화합물에 초발수 특성을 제공할 수 있다. 상기 알콕시실란기는 가교를 통해 실리카 네트워크를 형성함으로써 상기 변성 폴리실록산계 화합물에 고내열 특성을 제공할 수 있다. 상기 에폭시는 열경화를 통해 상기 변성 폴리실록산계 화합물에 초발수 특성 및 고경도 특성을 제공할 수 있다.

일 예에서, 상기 변성 폴리실록산계 화합물은 다음 식 1로 표현되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.

[식 1]

상기 식 1에서, Y, Y', R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, R₁₀는 각각 다음과 같다.

Y, Y'는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₁₀ 알킬이다.

R₁, R₂, R₄, R₅, R₆, R₈, R₁₀ 은 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₁₀ 알킬이다.

R₃은 R_a(Z)_qR_bSi(OR_c)₃이다.

R₇은 R_d(Z)_rR_e(CH_xF_2-x)_sCH_yF_3-y이다.

R₉는 R_f(Z)_tR_g(C₂H₃O) 이다.

R_a, R_b, R_d, R_e , R_f, R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₅ 알킬렌이며, R_C 는 분지 또는 비분지된 C₁~C₄ 알킬이다.

Z는 -(CO)O-, -CONH- 및 -O- 중 어느 하나이다.

q, r, t 는 각각 독립적으로 0 또는 1 이며, s는 0 내지 10의 정수 이다.

x는 0, 1 또는 2 이며, y는 0, 1, 2 또는 3 이다.

l, m, n, p 는 각각 독립적으로 1 이상의 정수이다.

일 예에서, 상기 R_a, 상기 R_d 및 상기 R_f는 각각 독립적으로 **CH₂CH(R_h)₂일 수 있으며, 이 때 **는 Si과 결합하는 부위이다. 한편, R_h는 분지 또는 비분지된 C₁~C₂ 알킬 또는 수소일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_b 는 분지 또는 비분지된 C₂ ~ C₅ 알킬렌일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_e 및 상기 R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁ ~ C₅ 알킬렌일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_a, 상기 R_d 및 상기 R_f는 각각 독립적으로 **CH₂CH(R_h)₂일 수 있으며, 상기 R_b 는 분지 또는 비분지된 C₂ ~ C₅ 알킬렌일 수 있다. 이 때 **는 Si과 결합하는 부위이다. 한편, R_h는 분지 또는 비분지된 C₁~C₂ 알킬 또는 수소일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_a, 상기 R_d 및 상기 R_f는 각각 독립적으로 **CH₂CH(R_h)₂일 수 있으며, 상기 R_e 및 상기 R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁ ~ C₅ 알킬렌일 수 있다. 이 때 **는 Si과 결합하는 부위이다. 한편, R_h는 분지 또는 비분지된 C₁~C₂ 알킬 또는 수소일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_a, 상기 R_d 및 상기 R_f는 각각 독립적으로 **CH₂CH(R_h)₂일 수 있으며, 상기 R_b 는 분지 또는 비분지된 C₂ ~ C₅ 알킬렌일 수 있고, 상기 R_e 및 상기 R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁ ~ C₅ 알킬렌일 수 있다. 이 때 **는 Si과 결합하는 부위이다. 한편, R_h는 분지 또는 비분지된 C₁~C₂ 알킬 또는 수소일 수 있다.

일 예에서, 상기 Z는 -(CO)O- 일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_a, 상기 R_d 및 상기 R_f는 각각 독립적으로 **CH₂CH(R_h)₂일 수 있으며, 상기 Z는 -(CO)O- 일 수 있다. 이 때 **는 Si과 결합하는 부위이다. 한편, R_h는 분지 또는 비분지된 C₁~C₂ 알킬 또는 수소일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_b 는 분지 또는 비분지된 C₂ ~ C₅ 알킬렌일 수 있고, 상기 Z는 -(CO)O- 일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_e 및 상기 R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁ ~ C₅ 알킬렌일 수 있고, 상기 Z는 -(CO)O- 일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_a, 상기 R_d 및 상기 R_f는 각각 독립적으로 **CH₂CH(R_h)₂일 수 있으며, 상기 R_b 는 분지 또는 비분지된 C₂ ~ C₅ 알킬렌일 수 있고, 상기 Z는 -(CO)O- 일 수 있다. 이 때 **는 Si과 결합하는 부위이다. 한편, R_h는 분지 또는 비분지된 C₁~C₂ 알킬 또는 수소일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_a, 상기 R_d 및 상기 R_f는 각각 독립적으로 **CH₂CH(R_h)₂일 수 있으며, 상기 R_e 및 상기 R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁ ~ C₅ 알킬렌일 수 있고, 상기 Z는 -(CO)O- 일 수 있다. 이 때 **는 Si과 결합하는 부위이다. 한편, R_h는 분지 또는 비분지된 C₁~C₂ 알킬 또는 수소일 수 있다.

일 예에서, 상기 R_a, 상기 R_d 및 상기 R_f는 각각 독립적으로 **CH₂CH(R_h)₂일 수 있으며, 상기 R_b 는 분지 또는 비분지된 C₂ ~ C₅ 알킬렌일 수 있고, 상기 R_e 및 상기 R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁ ~ C₅ 알킬렌일 수 있으며, 상기 Z는 -(CO)O- 일 수 있다. 이 때 **는 Si과 결합하는 부위이다. 한편, R_h는 분지 또는 비분지된 C₁~C₂ 알킬 또는 수소일 수 있다.

한편, 상기 식 1로 표현되는 화합물들의 중량 평균 분자량은 500 내지 1,000,000 일 수 있다.

일 예에서, 상기 변성 폴리실록산계 화합물은 다음 식 2로 표현되는 화합물들을 포함할 수도 있다.

[식 2]

상기 식 2에서, Y', Y, R_b, R_c, R_e, R_g, Z, q, r, s, t, l, m, n, p 는 각각 다음과 같다.

Y, Y'는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₅ 알킬이다.

R_b, R_e, R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₅ 알킬렌이다.

R_C는 분지 또는 비분지된 C₁~C₅ 알킬이다.

Z는 -(CO)O- 이다.

l, m, n, p 는 각각 독립적으로 1 이상의 정수이다.

한편, 상기 고경도 초발수 투명 코팅액은 나노입자를 더 포함할 수 있다. 상기 나노입자의 비제한적인 예로는 금속 입자, 산화물 입자, 질화물 입자, 무기나노입자 및 실리카나노입자 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 들 수 있다.

상기 나노입자는 실리카나노입자일 수 있으며, 예를 들어, 상기 실리카나노입자는 불소처리된 실리카나노입자일 수 있다.

상기 나노입자의 함량은 소망하는 코팅막의 특징에 따라 조절될 수 있다. 일 예에서, 상기 나노입자의 함량은 1.5 wt% 이하일 수 있으며, 상기 나노입자의 함량이 1.5 wt%를 초과하는 경우 투명도가 40% 미만으로 저하될 수 있다. 예를 들어, 상기 나노입자의 함량은 0.75 wt% 이상 1.5 wt% 이하일 수 있다.

예를 들어, 상기 고경도 초발수 투명 코팅액은 상기 불소처리된 실리카나노입자를 0.75 wt% 이상 1.5 wt% 이하의 범위 내에서 포함할 수 있다.

상기 코팅막은 상기 폴리실록산계 화합물, 예를 들어, 상기 변성 폴리실록산계 화합물이 용매에 용해되어 있는 코팅 조성물을 이용하여 얻어질 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅막은 상기 코팅 조성물을 150℃ 이상의 온도에서 경화하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅막은 상기 코팅 조성물을 150℃ 이상의 온도에서 2 시간 이상 경화하는 것에 의해 얻어질 수 있다.

상기 용매의 비제한적인 예로는, 테트라하이드로퓨란(THF), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), 이소프로필알콜(IPA), 메틸알콜, 에틸알콜, 부틸솔루솔브, 메틸솔루솔부, 에틸렌글리콜(EG), 프로필렌글리콜(PG), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc), 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.

상기 코팅 조성물은 나노입자를 더 포함할 수 있다. 상기 나노입자의 종류 및 함량에 대해서는 전술한 바와 같다. 이에, 이들에 대한 상세한 설명은 이하 생략한다.

상기 코팅 조성물에는 경화제, 이형제, 계면활성제, 산화방지제 등이 더 포함될 수도 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

<제조 예 1 - 불소 처리된 소수성 실리카 나노입자 준비>

10 ml의 메탄올과 1.5 ml의 초순수(Deionized water), 0.5 ml의 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸-트리에톡실란(1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyl-triethoxysilane (Sigma-Aldrich, >98%))을 혼합하고 상온에서 24시간 교반하였다.

0.4g 의 실리콘 다이옥사이드(Silicon dioxide(Sigma-Aldrich, 10-20nm))를 투입하여 초음파 분산기에서 30분 동안 혼합 후에 상온에서 24시간 교반하였다. 만들어진 용액을 2000 rpm으로 8분 동안 원심분리기를 사용하여 불소 처리된 실리카 나노 입자를 분리하고 건조시켰다.

<제조 예 2 - 코팅용액 제조>

10 ml의 THF용액에 하기 화학식 1로 표현된 변성 폴리실록산 화합물 0.8g을 혼합하고 2시간 동안 상온에서 교반하였다. 소량의 메탄올을 첨가하고, 표 1의 함량에 따라 제조 예 1에서 준비된 불소처리된 실리카입자를 혼합한 후 30분간 초음파 분산기로 교반하여 균일하게 소수성 나노 입자가 균일하게 분산된 발수 코팅용액을 제조하였다.

화학식 1로 표현된 변성 폴리실록산 화합물은 4g의 폴리실록산(Polysiloxane (Sigma-Aldrich, Mn 1,700~3,200))에 각 1.5g의 1H,1H,2H,2H-트리데카플루오로-옥틸메타크릴레이트(1H,1H,2H,2H-Tridecafluoro-n-octyl methacrylate (FMA, TCI), 트리메톡시실릴-프로필메타크릴레이트((Trimethoxysilyl)-propylmethacrylate (TMSPMA, TCI)) 및 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate, TCI)을 상온에서 혼합하고, 백금(0)-1,3-다이비닐-1,1,3,3,-테트라-메틸다이실록산 혼합 용액(platinum(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetra-methyldisiloxane complex solution (Sigma-Aldrich))을 소량 투입하며, 혼합 용액을 60

에서 2시간 교반하여 제조하였다.

<화학식 1>

변성 폴리실록산 화합물 (화학식 1)		불소 처리된 실리카나노입자	물접촉각(°)	투과율(%)
함량(g)	농도(wt%)	함량(g)	농도(wt%)
0.8	4	0.15	0.75
0.8	4	0.2	1.0
0.8	4	0.3	1.5
0.8	4	0.6	3.0

<제조 예 3 - 초발수 코팅 표면의 제조, 150 ℃ 경화>

제조 예 2에서 준비된 코팅용액 2 ml를 스프레이 코터로 15cm가량 떨어진 유리 기판에 분사하여 코팅하였다. 코팅된 표면은 150 ˚C 에서 2시간 동안 경화하였다.

<제조 예 4 - 비교예에 따른 코팅 표면의 제조, 150 ℃ 경화>

하기 화학식 2로 표현된 변성 폴리실록산 화합물 0.8g을 혼합한 것을 제외하고는 제조 예 2에서와 같은 방법으로 발수 코팅용액을 제조한 후, 제조예 3에서와 같은 방법으로 코팅 표면을 제조하였다.

<화학식 2>

<제조 예 5 - 초발수 코팅 표면의 제조, 400 ℃ 경화 >

제조 예 2에서 준비된 코팅용액 2 ml를 스프레이 코터로 15cm가량 떨어진 유리 기판에 분사하여 코팅하였다. 코팅된 표면은 400 ˚C 에서 각각 2시간 동안 경화하였다.

<실험 예 1 - 물접촉각 및 투과율 시험>

제조 예 3 및 4에서 준비된 코팅 표면에 대해 물접촉각 및 투과율을 측정하였다. 하기 시험 방법에 따른 결과는 도 1에 나타난 바와 같다 및 표 2 는 제조예 3에서 준비된 코팅 표면에 대해 물접촉각 및 투과율을 측정한 것이다. 표 3은 제조예 4에서 준비된 코팅 표면에 대한 물접촉각 및 투과율에 관한 것이다.

물접촉각 시험 방법

접촉각은 5μl 물방울을 코팅된 표면 위에 떨어뜨린 후, 정지된 물방울과 표면이 이루는 각도를 측정하는 정적 방법을 통해 측정하였다. 측정은 20 내지 25℃ 주위 온도 및 30내지 40% 상대 대기 습도에서 실행되었다. 물접촉각은 3번의 평균값을 사용하였다. 펨토바이오메드(Femtobiomed)의 스마트드롭(Smartdrop) 접촉각 측정기를 사용하여 진행하였다.

투과율 시험 방법

코팅된 표면의 투과율을 UV-VIS 분광기를 이용하였다. 코팅된 표면은 20내지 25℃ 주위 온도에서의 파장 550nm의 빛으로 측정하였다. 신코(SINCO)의 람다465(Lambda 465) 투과율 측정기를 사용하여 진행하였다.

변성 폴리실록산 화합물(화학식 1)		불소 처리된 실리카나노입자		물접촉각(°)	투과율(%)
함량(g)	농도(wt%)	함량(g)	농도(wt%)	물접촉각(°)	투과율(%)
0.8	4	0.15	0.75	132	75
0.8	4	0.2	1.0	160	58
0.8	4	0.3	1.5	170	46
0.8	4	0.6	3.0	178	40

변성 폴리실록산 화합물(화학식 2)		불소 처리된 실리카나노입자		물접촉각(°)	투과율(%)
함량(g)	농도(wt%)	함량(g)	농도(wt%)	물접촉각(°)	투과율(%)
0.8	4	0.15	0.75	135	75
0.8	4	0.2	1.0	164	60
0.8	4	0.3	1.5	172	48
0.8	4	0.6	3.0	178	42

<실험 예 2 - 연필경도 시험>

제조 예 3 내지 5 에서 준비된 코팅 표면에 대해 연필경도를 측정하였다.

도 2는 150℃에서 2시간 경화된 표면의 연필 경도에 관한 것이며, 검정색 선은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 표면에 관한 것이며, 붉은색 선은 비교예에 따른 코팅 표면에 관한 것이다.

도 3은 400℃에서 2시간 경화된 본 발명의 일실시예에 따른 표면의 연필경도에 관한 것이다.

연필경도 시험방법

코팅된 표면의 표면 경도를 연필 경도를 통해 분석하였다(ASTM D3363). 연필에 750g의 하중을 가해 45°의 각각도 긁었을 때 표면이 손상되지 않는 가장 단단한 연필의 농도 기호를 표면의 연필 경도로 측정하였다. 연필은 미쓰비시(Mitsubishi) 연필을 사용하여 진행하였다..

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 표면은 150℃에서 2시간 경화된 표면의 투명도, 물접촉각, 연필경도가 각각 40%이상, 130°이상, 4H 이상을 만족하였다.

도 2에서, 검정색 선(Functionalized Polysiloxane)은 제조 예 3에서 준비된 코팅 표면에 관한 것이고, 붉은색 선(Unfunctionalized Polysiloxane)은 제조 예 4에서 준비된 코팅 표면에 관한 것이다.

도 2를 다시 참조하면, 제조 예 3에서 준비된 코팅 표면은 연필경도가 4H 이상이면서 물 접촉각이 130° 이상인 것을 만족하는 반면, 제조 예 4에서 준비된 코팅 표면은 연필경도가 4H 이상인 때 130° 미만인 것을 확인할 수 있다.

도 3을 참조하면, 400℃에서 2시간 경화된 표면은 연필경도가 5H 이상을 만족하였다. 투명도, 물접촉각은 각각 40%이상, 130°이상을 만족하였다.

Claims

측쇄에 과불소화알킬기(perfluoroalkyl group)가 도입된 제1 반복단위;
측쇄에 알콕시실란기(alkoxy silane group)가 도입된 제2 반복단위; 및
측쇄에 에폭시가 도입된 제3 반복단위;를 포함하는 변성 폴리실록산계 화합물을 포함하며,
130° 이상의 물 접촉각 및 4H 이상의 연필경도를 동시에 나타내고,
코팅막의 투명도가 40% 이상인 코팅막을 형성하는, 코팅액.
삭제
제1 항에 있어서,
나노입자를 더 포함하는 코팅액.
제3 항에 있어서,
상기 나노입자의 함량이 0.75 wt% 이상 1.5 wt% 이하인 코팅액.
제3 항에 있어서,
상기 나노입자는 금속 입자, 산화물 입자, 질화물 입자, 무기나노입자 및 실리카나노입자 중 어느 하나인 코팅액.
제5 항에 있어서,
상기 실리카나노입자는 불소처리된 실리카나노입자인 것을 특징으로 하는 코팅액.
제5 항에 있어서,
상기 나노입자는 불소처리된 실리카나노입자이며 함량이 0.75 wt% 이상 1.5 wt% 이하인 코팅액.
삭제
폴리실록산계 화합물을 포함하며,
130° 이상의 물 접촉각 및 4H 이상의 연필경도를 동시에 나타내는 코팅막을 형성하는, 코팅액이고,
상기 폴리실록산계 화합물은,
측쇄에 과불소화알킬기(perfluoroalkyl group)가 도입된 제1 반복단위;
측쇄에 알콕시실란기(alkoxy silane group)가 도입된 제2 반복단위; 및
측쇄에 에폭시가 도입된 제3 반복단위;
를 포함하는 변성 폴리실록산계 화합물이되,
다음 식 1로 표현되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 변성 폴리실록산계 화합물인, 코팅액:
[식 1]

상기 식 1에서,
Y, Y'는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₁₀ 알킬이며,
R₁, R₂, R₄, R₅, R₆, R₈, R₁₀ 은 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₁₀ 알킬이고,
R₃은 R_a(Z)_qR_bSi(OR_c)₃이며,
R₇은 R_d(Z)_rR_e(CH_xF_2-x)_sCH_yF_3-y이고,
R₉는 R_f(Z)_tR_g(C₂H₃O) 이며,
R_a, R_b, R_d, R_e , R_f, R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₅ 알킬렌이고,
R_C 는 분지 또는 비분지된 C₁~C₄ 알킬이며,
Z는 -(CO)O-, -CONH- 및 -O- 중 어느 하나이고,
q, r, t 는 각각 독립적으로 0 또는 1 이며,
s는 0 내지 10의 정수이고,
x는 0, 1 또는 2 이며,
y는 0, 1, 2 또는 3 이고,
l, m, n, p 는 각각 독립적으로 1 이상의 정수이다.
제9 항에 있어서,
상기 식 1로 표현되는 화합물들의 중량 평균 분자량이 500 내지 1,000,000 인 변성 폴리실록산계 화합물인, 코팅액.
제9 항에 있어서,
상기 R_a, 상기 R_d 및 상기 R_f는 각각 독립적으로 **CH₂CH(R_h)₂이고, 이 때 **는 Si과 결합하는 부위이며, R_h는 분지 또는 비분지된 C₁~C₂ 알킬 또는 수소이고,
상기 R_b 는 분지 또는 비분지된 C₂ ~ C₅ 알킬렌이며,
상기 R_e 및 상기 R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁ ~ C₅ 알킬렌인 변성 폴리실록산계 화합물인, 코팅액.
제9 항에 있어서,
상기 Z는 -(CO)O- 인, 코팅액.
제9 항에 있어서,
다음 식 2로 표현되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 변성 폴리실록산계 화합물인, 코팅액:
[식 2]

상기 식 2에서,
Y, Y'는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₅ 알킬이며,
R_b, R_e, R_g 는 각각 독립적으로 분지 또는 비분지된 C₁~C₅ 알킬렌이고,
R_C는 분지 또는 비분지된 C₁~C₅ 알킬이며,
Z는 -(CO)O- 이고,
q, r, t 는 각각 독립적으로 0 또는 1 이며,
s는 0 내지 10의 정수이고,
l, m, n, p 는 각각 독립적으로 1 이상의 정수이다.