KR102570487B1

KR102570487B1 - 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물, 이의 제조방법 그리고 이를 이용한 투명도 조절되는 광산란 코팅도막

Info

Publication number: KR102570487B1
Application number: KR1020210030577A
Authority: KR
Inventors: 김운종; 송욱현
Original assignee: 주식회사 노루코일코팅
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2023-08-25
Also published as: KR20220126392A

Abstract

투명도 조절되는 광산란 코팅조성물, 이의 제조방법, 이를 이용한 투명도 조절되는 광산란 코팅도막에 기술에 관한 것이다. 상기 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물은 실란계 졸-겔 바인더, 테트라에톡시오르토실란, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 및 물 포함하는 친수성 코팅제와, 수분산성 유기 바인더와 마이크로 사이즈 세라믹 입자를 포함한다.

Description

투명도 조절되는 광산란 코팅조성물, 이의 제조방법 그리고 이를 이용한 투명도 조절되는 광산란 코팅도막{LIGHT SCATTERING COATING COMPOSITION WITH CONTROLLED TRANSPARENCY, A MANUFACTURING METHOD THEREOF AND THE LIGHT SCATTERING COATING LAYER}

본 발명은 농업용 또는 하우스용 비닐 내부 코팅시 적용되는 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물, 이의 제조방법, 이를 이용한 투명도 조절되는 광산란 코팅도막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농업용 또는 하우스용 비닐에 코팅되어 하절기에는 불투명한 광산란 효과를 부여하고, 동절기에는 내부 습기에 의해 투명하게 변하여 내부 온도 상승효과를 부여하며, 동시에 방담성을 보유하여 결로 현상까지 억제할 수 있는 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물, 이의 제조방법, 이를 이용한 투명도 조절되는 광산란 코팅도막에 관한 것이다.

최근 국내에서도 급격한 기후변화 및 4계절 농업 활동을 위하여, 폴리올레핀계 투명 필름을 이용한 하우스 농작물 재배면적이 계속 증가 추세에 있다.

하우스 재배의 장점은 겨울철 내부 온도를 일정 수준 이상으로 유지시켜 농작물의 생육이 가능하며, 필요에 따라 작물의 성장 속도 조절이 가능하다. 그러나, 여름철에는 투명필름 하우스는 내부온도가 한여름의 경우 60℃ 이상으로 높아지는 경우도 있으며, 부분적인 광량 차이에 의해 작물 식재 위치별로 성장속도 차이가 발생하여 생산성이 저하되는 단점이 있다.

온실 내의 광환경은 피복재의 광학적 특성, 온실의 구조, 일조상태, 작물 군락의 광학적 특성 등에 따라서 크게 변화한다. 피복재의 광학적 특성 중 중요한 성질은 태양광의 입사각과 파장에 따른 투과, 반사, 흡수 및 확산(투과광이 피복재를 투과할 때 확산되는 성질) 등이며, 골판 형 피복재의 경우에는 방위별 광학특성도 중요하다. 태양광의 전 파장역(약 300 ~ 2,150nm)은 크게 자외선역(290 ~ 400nm), 광합성 유효복사역(PAR) 또는 가시광선역(400 ~ 700nm), 원적외선역(700 ~ 800nm), 적외선역(800nm 이상)으로 구분되며, 파장역에 따라 피복재의 광학적 특성이 달라진다.

최근에는 여름철 하우스 농업을 위해 필름 제조시 무기물 입자를 첨가하여 빛 투과율 조절 및 산란율을 조절한 산광필름을 사용하는 농가도 점점 증가하고 있다. 다만, 산광필름을 사용할 경우 여름철 농사에는 적합하나, 겨울철에는 빛 투과율이 낮아 내부 온도가 투명 필름 사용시 대비 2℃이상 낮아져 난방비가 높아지며, 필름 제조시 첨가한 무기물 입자에 의해 필름의 강도가 떨어져 물리적 원인(온도, 바람 등)에 의해 투명필름 대비 쉽게 찢어지는 단점이 있다

또한, 비닐하우스 재배에 있어서, 하우스 내부는 농업용 필름으로 밀폐되어 있기 때문에 지면이나 식물 자체로부터 증발되어 나오는 수증기는 필름 내부의 표면에 결로하여 물방울이 되어 부착된다. 그 결과 하우스 내부의 물방울들이 작물 위로 떨어지거나 햇빛을 산란시켜 광투과율을 저하시키며, 이에 따라 재배 작물의 줄기, 잎, 열매 등이 젖음으로써 냉해 및 병해를 발생시키는 하나의 원인이 되고 있다.

이러한 상황하, 장기간에 걸쳐 당초 성능을 보유할 수 있는 고성능의 농업용 코팅 필름이 요구되고 있다. 이러한 요구에 대하여, 코팅 필름이 보유해야할 성능으로서는, 그 용도에 따라서, 장기 유적성, 방무성, 내후성 등 여러 가지 특성이 요구되고 있고, 아울러, 최근에는 저비용 및 고효율의 관점에서 고속 현장 인라인 코팅에 적합한 기계적 강도 및 유변학적 물성을 갖는 코팅 필름이 요구되고 있다.

상기한 여러 가지 성능을 코팅 필름에 부여하기 위해, 여러 가지 화합물을 함유하는 코팅 조성물이 제안되고 있다. 예를 들면, 일본 특허공보 제4742066호에는, 농업용 수지 기재와 HALS계 UV 안정제로 이루어지는 필름층 표면에 바인더 수지로서 아크릴 수지와 우레탄 수지를 첨가하고, 평균 입자경이 5∼100nm인 무기 콜로이드 졸을 주성분으로 하는 코팅제를 도포하여 이루어지는 농업용 필름이 개시되어 있다.

그러나, 이 필름은 아크릴 수지와 우레탄 수지에 의해 코팅성과 밀착성은 우수하지만, 코팅의 기계적 강도가 실용상 불충분하며, 생산 속도가 매우 빠른 코팅 설비(16m/분)의 건조 능력에 따라 필름의 품질의 변화가 상당히 커, 제품화하기 어려운 문제가 있었다. 다른 하우스용 필름으로서는, 예를 들면, 콜로이드 알루미나와 콜로이드 실리카를 혼합한 후, 음이온계 계면 활성제, 층상 무기 화합물 및 유기 전해질을 혼합한 코팅제를 도포한 필름이 알려져 있다

최근 하우스용 기능성 필름의 경우 하우스 내부 토양 또는 농작물 등으로부터 발생하는 수증기에 의한 물방울 맺힘 현상을 해결하기 위해 방담제를 표면에 처리하여 사용하고 있는데, 현재 생산되고 있는 산광필름은 이러한 기능을 추가하기 위해 방담 코팅 공정이 추가로 적용되어 제품 가격이 크게 증가된다.

일본 특허공보 제4742066호

본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 하우스용 비닐에 코팅되어 하절기에는 불투명한 광산란 효과를 부여하고, 동절기에는 내부 습기에 의해 투명하게 변하여 내부 온도 상승효과를 부여하는 동시에 방담성을 보유하여 결로 현상까지 억제할 수 있는 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

또한, 하우스용 비닐에 코팅되어 하절기에는 불투명한 광산란 효과를 부여하고, 동절기에는 내부 습기에 의해 투명하게 변하여 내부 온도 상승효과를 부여하는 동시에 방담성을 보유하여 결로 현상까지 억제할 수 있는 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물의 제조방법 및 투명도 조절되는 광산란 코팅도막을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 양투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물은 농업용 필름에 적용되며, 실란계 졸-겔 바인더와, 테트라에톡시오르토실란과 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 및 물 포함하는 하는 조성을 갖는다.

일 실시예에 따르면, 상기 실란계 졸-겔 바인더는 (a)에폭시계실란, (b)아미노계실란 및 (c)이소시아네이트계실란 중에서 선택된 2종 이상을 혼합 반응시켜 형성할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 실란계 졸-겔 바인더는 상기 에폭시계실란 40 내지 60중량%, 상기 아미노계실란 20 내지 30 중량% 및 이소시아네이트계실란 20 내지 30중량%를 혼합 반응시켜 형성할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 실란계 졸-겔 바인더 8 내지 20 중량%, 테트라에톡시오르토실란 2 내지 5중량%, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 35 내지 55 중량% 및 여분의 물을 혼합하여 형성할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자는 입자 표면에 OH기가 존재하며, 1~100nm 입자 사이즈의 수성 알루미나졸, 콜로이달 실리카, 수분산된 알루미늄 옥사이드 및 수분산된 실리콘 옥사이드 중에서 선택된 적어도 둘 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 사이즈 세라믹 입자는 0.5~10㎛ 입자 사이즈를 갖는 실리카, 알루미나, 제올라이트, 티타늄디옥사이드(Titanium dioxide)를 적어도 하나이상 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물은 상기 친수성 코팅제 70 내지 86 중량%, 상기 수분산성 유기 바인더 7 내지 15 중량%, 상기 마이크로 사이즈 세라믹 입자 7 내지 15 중량%를 포함한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물의 제조방법은 실란계 졸-겔 바인더, 테트라에톡시오르토실란, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 및 물 포함하는 친수성 코팅제를 제조하는 단계와, 상기 친수성 코팅제에 수분산성 유기 바인더와 마이크로 사이즈 세라믹 입자를 혼합하여 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물 제조하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 실란계 졸-겔 바인더 8 내지 20 중량%, 테트라에톡시오르토실란 2 내지 5중량%, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 35 내지 55 중량% 및 여분의 물을 혼합하여 형성될 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도가 조절되는 광산란 코팅도막은 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물을 농업용 투명필름 표면에 코팅건조 시켜 형성된다. 이때 적용되는 상기 광산란 코팅조성물은 실란계 졸-겔 바인더, 테트라에톡시오르토실란, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 및 물 포함하는 친수성 코팅제와 수분산성 유기 바인더 및 마이크로 사이즈 세라믹 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 투명도 조절되는 광산란 코팅 조성물은 농업용 비닐에 코팅되어 비닐하우스 내부로 도달하는 빛을 산란시켜 하우스 내부에 그늘이 지지 않게 하여 빛이 균일하게 농작물에 도달하도록 도와주어 그늘진 작물 사이에 성장 속도 차이가 발생하는 문제를 해결하고, 산광에 따를 그늘 효과로 인해 작업자가 느끼는 더위의 정도도 투명 비닐 대비 낮게 느껴지도록 하는 효과를 갖는다.

특히, 본 발명의 투명도 조절되는 광산란 코팅도막이 형성된 농업용 비밀은 코팅 표면에 습기가 존재할 경우 물을 흡수하여 도막이 투명하게 변함으로 인해 겨울철 광투과성을 증가시켜 기존 농업용 산광비닐 대비 겨율철 내부 온도 상승시키는 효과를 갖는 동시에 방담성을 보유하여 결로 현상까지 억제할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물, 이의 제조방법, 이를 이용한 투명도 조절되는 광산란 코팅도막에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

투명도 조절되는 광산란 코팅조성물 및 이의 제조방법

본 발명의 일 실시예에 따른 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물은 농업용 필름, 비닐하우스용 비닐, 폴리올레핀계 투명필름에 여름에는 산광성 부여하며, 겨울철에는 습기로 인한 투명성 및 방담성이 확보되는 투명도 조절되는 광산란 코팅도막을 형성하는데 사용된다.

상기 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물은 실란계 졸-겔 바인더, 테트라에톡시오르토실란, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 및 물 포함하는 친수성 코팅제와, 수분산성 유기 바인더와, 마이크로 사이즈 세라믹 입자를 포함하여, 구체적으로 상기 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물은 친수성 코팅제 70 내지 86 중량%, 상기 수분산성 유기 바인더 7 내지 15 중량%, 상기 마이크로 사이즈 세라믹 입자 7 내지 15 중량%를 포함할 수 있다.

상기 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물은 실란계 졸-겔 바인더, 테트라에톡시오르토실란, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 및 물 포함하는 친수성 코팅제를 제조하는 단계와 상기 친수성 코팅제에 수분산성 유기 바인더와 마이크로 사이즈 세라믹 입자를 혼합하여 단계를 수행하여 제조될 수 있다.

상기 실란계 졸-겔 바인더 8 내지 20 중량%, 테트라에톡시오르토실란 2 내지 5중량%, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 35 내지 55 중량% 및 여분의 물을 교반하여 제조될 수 있다.

상기 친수성 코팅제에 적용되는 실란계 졸-겔 바인더는 에폭시계실란, 아미노계실란 및 이소시아네이트계실란 등의 실란계 커플링제 등을 2종 이상을 혼합 반응시켜 분자량을 키운 기능성 바인더이다

상기 실란계 커플링제의 예로서는 (Vinyltrimethoxysilane, Vinyltriethoxysilane, Vinyl-tris-(2-methoxyethoxy)silane, Vinyltris(methylethylketoxime)silane, Vinylmethyldimethoxysilane, dimethoxymethylphenylsilane, methylphenyldiethoxysilane, Phenyltrimethoxysilane, Phenyltriethoxysilane, 2-(3,4 epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilane, 2-(3,4 epoxycyclohexyl)-ethyltriethoxysilane, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-Methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-Methacryloxypropylmethyldiethoxy, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-Methacryloxypropyltriethoxysilane, N-(2-aminoethyl)3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)3-aminopropyltrimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)3-aminopropyltriethoxysilane,γ-Aminopropylmethyldiethoxysilane, 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilane, N-Phenyl-gamma-aminopropyltrimethoxysilane, Bis(trimethoxysilylpropyl)amine, N-(3-(Trimethoxysilyl)propyl)butylamine, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-Mercaptopropyl trimethoxysilane, (3-acryloxypropyl)trimethoxysilane, 3-Ureidopropyltrialkoxysilane, 3-Isocyanatopropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatepropyltriethoxysilane, γ-Piperazinepropylmethyldimethoxysilane, Methyltrimethoxysilane, n-Octyltriethoxysilane, Methyltris(methylethylketoxime)silane, n-Decyltrimethoxysilane,n-Dodecyltriethoxysilane,γ-Chloropropylmethyldimethoxysilane, (3-Chloropropyl)diethoxymethylsilane, γ-Chloropropyltriethoxysilane, γ-Chloropropyltriethoxysilane, Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfide,1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyltrimethoxysilane, 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrimethoxysilane, Methyltriacetoxysilane 등을 들 수 있다. 이들은 2종 이상을 혼합하여 상온에서 160℃사이에서 온도에서 반응시켜 실란계 졸-겔 바인더를 제조하는데 사용할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 실란계 졸-겔 바인더는 상기 에폭시계실란 40 내지 60중량%, 상기 아미노계실란 20 내지 30 중량% 및 이소시아네이트계실란 20 내지 30중량%를 혼합 반응시켜 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 에폭시계실란의 예로서는 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilane 등을 들 수 있고, 상기 아미노계실란의 예로서는 N-(2-aminoethyl)3-aminopropylmethyldimethoxysilane,N-(2-aminoethyl)3-aminopropyltrimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)3-aminopropyltriethoxysilane,γ-Aminopropylmethyldiethoxysilane,3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino] propyltrimethoxysilane 등을 들 수 있고, 상기 이소시아네이트계실란의 예로서는 3-Isocyanatopropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatepropyltriethoxysilane 등을 들 수 있다.

상기 실란계 졸-겔 바인더는 무기 콜로이드 파티클과의 상용성이 우수하면서 견고한 필름 표면에 코팅 도막을 형성하여 무기 파티클이 코팅 표면에서 탈락하지 않게 잡아주며, 폴리올레핀계 필름과의 부착성을 증가시켜 장기적으로 물성확보가 가능하도록 한다.

상기 친수성코팅제에 적용되는에 적용되는 테트라에톡시오르토실란은 실란계 졸-겔 바인더와 나노 사이즈 무기콜로이드 입자간의 가교 역할을 하여 견고한 도막형성 특성을 부여하기 위해 사용된다. 그 사용량이 2중량% 이하에서는 충분히 견고한 도막 형성이 어려워지며, 그 사용량이 5중량% 초과할 경우 도료의 저장 안정성을 저하시키는 문제점이 초래된다.

일 실시예로서, 상기 친수성 코팅제에 적용되는 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자는 입자 표면에 OH기가 존재하며, 1~100nm 입자 사이즈의 수성 알루미나졸, 콜로이달 실리카, 수분산된 알루미늄 옥사이드 및 수분산된 실리콘 옥사이드 중에서 선택된 적어도 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

구체적으로 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자(나노 세라믹졸)은 입자 표면에 OH functional 기가 존재하여 졸-겔 바인더와의 결합에도 참여하면서, 표면에 노출될 경우 친수성을 부여하여 접촉각을 낮춰 물이 쉽게 퍼지도록 하는 역할을 한다.

또한, 입자 사이즈가 매우 작아서 필름화 하였을 경우 도막의 투명도 확보가 가능하다. 이러한 용도로 사용될 수 있는 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자는 조성물 코팅 후 표면에 친수성을 부여하는 용도로 사용된다.

수성 알루미나졸로서는 NISSAN Chemical사의 ALUMINASOL 100, ALUMINASOL 200, ALUMINASOL 520-A 또는 유사제품 등을 들 수 있고, 상기 콜로이달 실리카의 예로서는 NISSAN Chemical사의 SNOWTEX-N, SNOWTEX-O, SNOWTEX AK, SNOWTEX AK-L, SNOWTEX AK-YL, LUDOX사의 HS-30/40, SM, AM, AS, LS, CL-X, SK, TMA, CL, FM, HSA 또는 그 유사제품 등을 들 수 있다.

상기 수분산된 알루미늄 옥사이드, 수분산된 실리콘 옥사이드는 EVONIK사의 AERODISP W1244, AERODISP W630, AERODISP W7330 N, AERODISP W740X, AERODISP W7520N, AERODISP W7622, AERODISP W925, AERODISP WK7330, AERODISP WR8520, CABOT사의 1015A, 1020K, 1030K, 2012A, 2017A, 2020K, 4012K, PG 001, PG 002, PG 003, PG 008, PG 022등이 적용될 수 있습니다.바람직하게는 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자는 알루미나졸 1종 이상과, 수분산된 알루미늄 옥사이드1종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 친수성 코팅제의 친수성을 보다 극대화시키는데 효과적이다.

일 예로서, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자는 투명도 확보 및 도료의 저장성 확보를 위한 비율을 위해서 수분산된 알루미늄 옥사이드의 사용량 대비 약 2 내지 3배의 알루미나졸을 혼합하여 사용하는 것이 보다 바람직하다.

상기 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물 제조시 적용되는 상기 수분산성 유기 바인더로는 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계, 페닐계, 알키드계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 바인더 등을 예로 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

구체적으로 상기 수분산성 유기 바인더로 pH가 중성 ~ 산성 분위기인 우레탄계 수지를 적용할 경우가 바람직하며, 비이온계 폴리우렌탄디스퍼젼(Poly urethane dispersion) 수지를 적용하였을 때 사용성 및 부착성, 내마모성, 굴곡성 등의 물성 확보에 유리하다.

상기 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물에 적용되는 수분산성 유기 바인더의 함량이 7 중량% 미만이면 형성되는 투명도 조절되는 광산란 코팅도막의 부착성, 내마모성 등의 물성 확보를 하기 어려운 문제점이 있고 그 함량이 15 중량%를 초과하면 도막의 친수성을 저해하는 문제점이 있다

상기 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물 제조시 적용되는 상기 마이크로 사이즈 세라믹 입자는 0.5~10㎛ 입자 사이즈를 갖는 실리카, 알루미나, 제올라이트, 티타늄디옥사이드(Titanium dioxide) 등을 들 수 있다. 이들은 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에 사용가능한 마이크로 사이즈 무기 입자로는 실리카로서는 Evonik사의 Aerosil(Fumed silica), Spherilex 30AB, Spherilex 60AB 또는 유사물질등이 있으며,알루미나로는 SHOWA DENKO사의 AL-150SG, AL-160SG-3, AL-160SG-4, AL 250, AL 170, A-161SG, A-172, A-173 등이 있으며, 제올라이트로서는 3A, 4A, 5A, 10X, 13X, Y, ZSM5, β 등이 있으며,Titanium dioxide 로는 dupont 사의 Ti-Pure R-960, R-931, R-972 등을 들 수 있다.

일 예로서, 상기 마이크로 사이즈 세라믹 입자는 0.5~10㎛ 입자 사이즈를 갖는 제올라이트와 알루미나를 혼합하여 사용할 경우 형성되는 코팅도막의 광학적 특성(광 산란 효과)을 확보하면서 수분 흡습 후 보다 투명한 도막이 될 수 있도록 한다.

즉, 상기 마이크로 사이즈 세라믹 입자는 제올라이트 70 내지 85중량%와 알루미나15 내지 30중량%를 혼합하여 사용할 경우 보다 효과적이다. 마이크로 사이즈 세라믹 입자 전체 중량에서 제올라이트 혼합 비율이 85중량%를 초과할 경우 코팅막의 Haze가 너무 낮아 산광효과가 떨어지며, 알루미나의 혼합비율이 30중량부를 초과할 경우 코팅막의 Haze가 높아져 광투과율을 저하시켜 작물의 성장 속도를 방해할 수 있다. 특히, 제올라이트 75 내지 80중량%와 알루미나 20 내지 25중량% 범위 내에서 사용하는 것이 가장 바람직하다.

투명도 조절되는 광산란 코팅도막

본 발명의 일 실시예에 따른 투명도 조절되는 광산란 코팅도막은 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물을 농업용 투명필름 표면에 코팅건조 시켜 형성되는 코팅도막이다.

상기 코팅도막을 형성하는데 적용되는 상기 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물은 실란계 졸-겔 바인더, 테트라에톡시오르토실란, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 및 물 포함하는 친수성 코팅제와 수분산성 유기 바인더와, 마이크로 사이즈 세라믹 입자를 포함한다. 상기 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물을 구성하는 물질들에 대한 구체적인 설명은 위에서 상세히 설명하였기에 중복을 피하기 위해 생략하기로 한다.

일 예로서, 상기 투명도 조절되는 광산란 코팅도막은 농업용 투명필름인 농업용 필름, 비닐하우스용 비닐, 폴리올레핀계 투명필름 등의 표면에는 코로나 표면처리를 한 후 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물을 농업용 투명필름 표면에 코팅 건조시켜 형성하는 것이 바람직하다.

상기 농업용 투명필름의 표면의 코로나 표면처리는 농업용 투명필름과 형성되는 투명도 조절되는 광산란 코팅도막의 밀착 및 접착력을 증가시키기 위해 수행된다.

상술한 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물로 형성되는 투명도 조절되는 광산란 코팅도막은 하절기에는 농업용 필름에 불투명한 광산란 효과를 부여하여 비닐하우스 온도가 크게 증가하는 것을 방지하는 동시에 농작물 전체에 빛이 균일하게 도달하도록 한다. 또한, 동절기에는 내부 습기를 흡수함으로 인해 투명하게 변하여 광투과성을 증가시켜 내부 온도 상승효과를 부여하는 동시에 방담성을 보유하여 결로 현상까지 억제할 수 있는 효과를 갖는다.

이하, 합성예, 실시예 및 비교예에 기초하여, 본 발명에 대해 더욱 구체적으로 설명하며, 본 발명은 하기 합성예와 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<합성예>

온도계, 교반기, 환류 장치를 구비한 합성용 4구 플라스크에 에폭시계실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane) 45중량부, 아미노계실란(N-(2-aminoethyl)3-aminopropyltriethoxysilane) 27.5중량부, 이소시아네이트계실란( 3-Isocyanatopropyltrimethoxysilane) 27.5 중량부를 투입후 100℃이상의 온도에서 약 2 내지 3시간이 반응시켜 실란계 졸-겔 바인더를 수득하였다. 이후 실란계 졸겔바인더 15중량부와, TEOS 3.5중량부, 물 34.5 중량부, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자(나노 알루미나졸 30 중량부, 콜로이달 실리카 6중량부, 수분산된 알루미나졸 11중량부) 47중량부를 투입 한 후 12시간 이상 교반하여 친수성 코팅제를 제조하였다.

실시예 1 ~5

하기 표 1에 개시된 바와 같은 함량으로 친수성 코팅제, 유기바인더, 마이크로 무기입자를 혼합후 2000rpm 속도로 고속 분산하여 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5의 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물를 각각 준비하였다. 비교예 1은 친수성 코팅제만 사용한 경우이다.

항목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1
친수성 코팅제	80	80	80	80	80	100
유기 바인더	10	10	10	10	10	-
마이크로 무기입자	β zeolite	4A Zeolite	Alumina	Spherical Silica	Fumed Silica	-
마이크로 무기입자	10	10	10	10	10	-

실시예 6 ~8하기 표 2에 개시된 바와 같은 함량으로 친수성 코팅제, 유기바인더, 2종의 마이크로 무기입자를 혼합 분산하여 실시예 6, 실시예 7, 실시예 8, 실시예 9의 투명도 조절되는 광산란 코팅조성물을 각각 준비하였다.

		실시예 6	실시예 7	실시예 8	실시예 9
친수성 코팅제		80	80	80	80
유기 바인더		10	10	10	10
마이크로 무기입자	β zeolite	7	7.5	8	8.5
마이크로 무기입자	Alumina	3	2.5	2	1.5

투명도 조절되는 광산란 코팅조성물의 평가 <시험편 제작 방법>

투명 PO 필름 및 산광 PO 필름의 한쪽면에 코로나 처리를 실시한 두께 0.07~0.20mm 사이의 PO 필름 소재를 각각 준비한다. 투명의 PO 필름 소재를 평평한 판 위에 고정시킨 뒤 Bar coater를 이용하여 실시예 1 내지 8의 코팅조성물 및 비교예의 친수성 코팅제를 각각 균일하게 도장한다. 또한, 산광 PO 필름 소재를 평평한 판 위에 고정시킨 뒤 Bar coater를 이용하여 비교예의 친수성 코팅제를 각각 균일하게 도장한다. 도장된 각각의 시험편은 convection oven에 넣어 소재가 받는 최종 온도가 60~100℃가 될 때까지 유지시킨 후 꺼내어 냉각 시킨다. 냉각시킨 소재들은 상온에서 24시간 이상 방치시킨 후 아래와 같은 물성평가를 실시하였다. 그 결과가 하기 표 3 및 표 4에 개시되어 있다.

평가	평가예 1	평가예 2	평가예 3	평가예 4	평가예 5	비교 평가예 1	비교 평가예2
소재	투명 PO필름	투명 PO필름	투명 PO필름	투명 PO필름	투명 PO필름	투명 PO필름	산광 PO필름
코팅제	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예1	비교예1
코팅제부착량(mg/m²)	1,700	1,700	1,700	1,700	1,700	1,700	1,700
Haze(Dry)	36.7	77.48	80.7	62.04	55.40	16.57	42.46
Transmittance (Dry)	86.67	88.77	83.34	87.83	83.37	89.58	89.12
Haze(Wet)	12.26	25.66	64.49	29.78	18.17	13.75	41.24
Transmittance (Wet)	86.44	89.95	84.14	86.17	86.35	91.07	88.54
Contact angle (0sec)	60.1	51	55.6	59.5	61.3	32.3	31.5
Contact angle (300sec)	25.7	16.5	14.7	11.0	6.1	27.3	28.1

표 3의 결과에서 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 5의 코팅조성물로 형성되는 평가예 1 내지 5의 코팅도막이 형성된 시편의 경우 Haze(Dry) 값이 비교 평가예1 대비 향상된 것을 확인할 수 있었다. 초기 친수성인Contact angle(0sec)에서는 비교 평가예 1이 가장 우수하였으나, 300sec가 경과된 후에는 모든 평가예에서 유사 또는 향상된 결과를 보였다. 특히 평가예1의 경우 도막을 적신 상태에서 측정시 비교 평가예1 보다 낮은 Haze 값을 가지는 것이 확인되었다.

평가	평가예6	평가예7	평가예8	평가예 9	비교 평가예 1	비교 평가예2
소재	투명 PO필름	투명 PO필름	투명 PO필름	투명 PO필름	투명 PO필름	산광 PO필름
코팅제	실시예6	실시예7	실시예8	실시예9	비교예1	비교예1
코팅제부착량 (mg/m²)	1,700	1,700	1,700	1,700	1,700	1,700
Haze(Dry)	58.44	42.99	39.86	33.84	16.57	42.46
Transmittance (Dry)	85.83	87.65	89.19	89.22	89.58	89.12
Haze(Wet)	20.34	14.12	13.55	12.94	13.75	41.24
Transmittance (Wet)	90.75	91.46	91.50	91.55	91.07	88.54
Contact angle (0sec)	29.5	25.8	25.2	25.5	32.3	33.5
Contact angle (300sec)	23.0	19.0	18.8	19.1	27.3	28.1

표 4의 결과에서 알 수 있듯이, 실시예 6내지 9의 코팅조성물로 형성되는 평가예 6 내지 9의 코팅도막이 형성된 시편의 경우 제올라이트와 알루미나의 비율이 달라지면서, 산광효과의 지표가 되는 Haze 값도 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 평가예 6과 같이 알루미나의 함량이 마이크로 무기입자 전체 사용량의 30중량% 일 때에는 비교 평가예2의 산광필름과 비교하여 매우 높은 haze 값을 확보하게 되며, 평가예 9와 같이 알루미나의 함량이 20중량%일 경우에는 비교 평가예 2 대비 낮은 Haze 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 현재 사용중인 산광 비닐 제품인 비교 평가예 2와 같이 농가에 적합한 Haze 값 확보를 위한 가장 적절한 제올라이트와 알루미나의 혼합 비율은 실시예예 6과 평가예 9사이가 적당하고, 보다 바람직한 범위로는 실시예 7과 8 사이의 범위가 가장 바람직한 것으로 확인되었다. 특정 기후나 설치 환경에 따라 현재 사용중인 산광비닐 제품보다 높거나 낮은 Haze 값을 요구할 수 있기 때문에 실시예 6과 실시예 9의 본발명에 적용이 가능한 배합이며, 기존 제품인 비교 평가예1, 비교 평가예2 대비 우수한 접촉각을 확보한 것을 확인하였다.

평가		비교 평가예 1	비교 평가예2	평가예 10		평가예 11
소재 종류		투명 PO필름	산광 PO필름	투명 PO필름		투명 PO필름
코팅제		비교예1	비교예1	실시예8		실시예8
부착량(mg/m²)		1,700	1,700	1450		1700
Dry condition	PPFD	59.76389	58.95237	59.27648	59.1125	58.89862
	HZ	16.57	42.46	39.03	38.37	38.15
	TT	89.58	89.12	89.40	90.07	89.38
Wet condition	PPFD	59.76389	59.75	60.32	61.15	61.17
	HZ	16.57	41.24	16.50	16.57	17.74
	TT	89.58	88.54	91.68	92.14	91.81

표 5의 결과에서 알 수 있듯이, 실시예 8의 코팅조성물로 형성되는 평가예10 내지 12의 코팅도막이 형성된 시편의 경우 도막 부착량에 따라 Haze 값의 변화가 크지 않아 도장시 발생하는 불균일한 외관 발생시에도 우수한 물성 확보가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 평가예의 도막은 여름철에는 불투명한 광산란성의 효과를 가지면서, 겨울철 습기를 흡수할 경우 투명상태로 변해 우수한 광투과성을 갖는 것이 확인되었다<물성 평가>

1) 광학적 특성 평가

- NIPPON DENSHOKU사의 COH-400 기종을 이용하여 측정하였다. HAZE 측정 방법은 ASTM D 1003(JIS K 7105)규격을 따르며, Halogen lamp(12V50W)를 Light source로 이용한다. 측정 항목은 HAZE, Total light transmittance 이다.

2) PPFD 측정 평가

UPRtek 사의 MK350S Premium 장비를 사용하여 실내에서 인공 광원을 이용하여 측정하였다. 인공 광원은 100W 제논 램프를 이용하며, 중심 광도는 1600cd인 조명등을 고정시켜 사용하였다.

3) 무적성 평가

물을 채운 항온수조를 40℃로 설정한 후 0.7m 높이에 코팅된 시험소재를을코팅면이 물을 바라보도록 설치하여 수증기가 새어나가지 않게 밀봉시킨다. 소재를 장착시킨 case는 수면과의 각도가 5°가 되도록 설정하였다. 장착 전 완전히 말라 있던 비닐 표면이 시간이 지남에 따라 물방울이 맺히기 시작하며, 수막이 완전히 투명해질 때까지의 시간을 측정한다. 무적성을 평가하는 기준은 아래 표를 참조하여 비교하였다.

3) 무적성 평가기준

4) 접촉각 측정 평가

접촉각측정시에는 증류수를 시린지에 투입한 후 5㎕씩 소재 표면에 적하하여 5분간 접촉각의 변화를 측정하였다.

Claims

실란계 졸-겔 바인더 8 내지 20 중량%, 테트라에톡시오르토실란 2 내지 5중량%, 입자 표면에 OH기가 존재하는 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 35 내지 55 중량% 및 여분의 물 포함하는 친수성 코팅제 70 내지 86 중량%;
수분산성 유기 바인더 7 내지 15 중량%; 및
제올라이트 70 내 85중량%와 알루미나 15 내지 30중량%의 혼합물인 마이크로 사이즈 세라믹 입자 7 내지 15 중량%를 포함하되,
상기 실란계 졸-겔 바인더는 에폭시계실란 40 내지 60중량%, 아미노계실란 20 내지 30 중량% 및 이소시아네이트계실란 20 내지 30중량%를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물.
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제1항에 있어서, 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자는 입자 표면에 OH기가 존재하며, 1~100nm 입자 사이즈의 수성 알루미나졸, 콜로이달 실리카, 수분산된 알루미늄 옥사이드 및 수분산된 실리콘 옥사이드 중에서 선택된 적어도 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물.
제1항에 있어서, 상기 수분산성 유기 바인더는 수분산성 우레탄계 수지, 비이온계 폴리우렌탄디스퍼젼 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물.
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에폭시계실란 40 내지 60중량%, 아미노계실란 20 내지 30 중량% 및 이소시아네이트계실란 20 내지 30중량%를 혼합하여 형성된 실란계 졸-겔 바인더 8 내지 20 중량%, 테트라에톡시오르토실란 2 내지 5중량%, 입자 표면에 OH기가 존재하는 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 35 내지 55 중량% 및 여분의 물 포함하는 친수성 코팅제를 제조하는 단계; 및
상기 친수성 코팅제 70 내지 86 중량%, 수분산성 유기 바인더 7 내지 15 중량%; 및 제올라이트 70 내 85중량%와 알루미나 15 내지 30중량%의 혼합물인 마이크로 사이즈 세라믹 입자 7 내지 15 중량%를 혼합하여 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물 제조하는 것을 특징으로 하는 투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물의 제조방법.
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투명도가 조절되는 광산란 코팅조성물을 농업용 투명필름 표면에 코팅건조 시켜 형성되는 투명도가 조절되는 광산란 코팅도막에 있어서,
투명도 조절되는 광산란 코팅조성물은 에폭시계실란 40 내지 60중량%, 아미노계실란 20 내지 30 중량% 및 이소시아네이트계실란 20 내지 30중량%를 혼합하여 형성된 실란계 졸-겔 바인더 8 내지 20 중량%, 테트라에톡시오르토실란 2 내지 5중량%, 입자 표면에 OH기가 존재하는 나노 사이즈 무기 콜로이드 입자 35 내지 55 중량% 및 여분의 물 포함하는 포함하는 친수성 코팅제 70 내지 86 중량%;
수분산성 유기 바인더 7 내지 15 중량%; 및
제올라이트 70 내 85중량%와 알루미나 15 내지 30중량%의 혼합물인 마이크로 사이즈 세라믹 입자 7 내지 15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명도가 조절되는 광산란 코팅도막.
제14항에 있어서, 농업용 투명필름 표면에는 코로나 표면처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 투명도가 조절되는 광산란 코팅도막.