KR19990011519A - Manufacturing method of water repellent glass by spray coating - Google Patents

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KR19990011519A
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홍병선
이혜용
한주헌
박민수
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안기훈
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Abstract

본 발명은 스프레이 코팅에 의한 발수유리의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리기판 표면에 실리카 하지층을 형성하고 그 위에 플루오로알킬실란(FAS)을 도포하여 발수층이 형성되어 있는 이중막 구조의 발수유리를 제조함에 있어서 실리카 하지층 및 발수층 형성시 온도 및 습도조건과 유리기판과 분사노즐의 거리를 특정범위로 하여 스프레이 코팅하고 열처리함으로써 자동차 유리나 건물 유리와 같은 대면적 또는 곡면유리에 발수성과 동시에 내구성을 부여하게 되는 스프레이 코팅에 의한 발수유리의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a water-repellent glass by spray coating, and more particularly, to form a silica base layer on the surface of a glass substrate and apply a fluoroalkylsilane (FAS) thereon to form a water-repellent layer. In manufacturing the water-repellent glass of structure, spray coating and heat-treating the temperature and humidity conditions and the distance between glass substrate and spray nozzle in the specific range when forming the silica base layer and water-repellent layer to large area or curved glass such as automobile glass or building glass. The present invention relates to a method for producing a water-repellent glass by spray coating that imparts water repellency and durability.

Description

스프레이 코팅에 의한 발수유리의 제조방법Manufacturing method of water repellent glass by spray coating

본 발명은 스프레이 코팅에 의한 발수유리의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리기판 표면에 실리카 하지층을 형성하고 그 위에 플루오로알킬실란(FAS)을 도포하여 발수층이 형성되어 있는 이중막 구조의 발수유리를 제조함에 있어서 실리카 하지층 및 발수층 형성시 온도 및 습도조건과 유리기판과 분사노즐의 거리를 특정범위로 하여 스프레이 코팅하고 열처리함으로써 자동차 유리나 건물 유리와 같은 대면적 또는 곡면유리에 발수성과 동시에 내구성을 부여하게 되는 스프레이 코팅에 의한 발수유리의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a water-repellent glass by spray coating, and more particularly, to form a silica base layer on the surface of a glass substrate and apply a fluoroalkylsilane (FAS) thereon to form a water-repellent layer. In manufacturing the water-repellent glass of structure, spray coating and heat-treating the temperature and humidity conditions and the distance between glass substrate and spray nozzle in the specific range when forming the silica base layer and water-repellent layer to large area or curved glass such as automobile glass or building glass. The present invention relates to a method for producing a water-repellent glass by spray coating that imparts water repellency and durability.

외부에 노출된 상태로 사용되는 유리 예를 들면, 자동차 안전유리, 항공기 등을 포함한 운송장치용 유리, 건물용 유리, 거울 및 가정용 유리 등은 그 표면에 비와 각종 물기로 오염되는 경우가 많고, 이런 경우에는 시야를 좋지 않게 하므로 이를 방지하기 위해 유리 표면에 발수기능을 부여하는 기술이 이용되고 있다.Glass used in the state of being exposed to the outside, for example, vehicle safety glass, glass for transportation equipment including aircraft, building glass, mirrors, and household glass are often contaminated with rain and various moisture on the surface thereof. In this case, because the view is poor, a technique of providing a water repellent function to the glass surface is used to prevent this.

유리 표면에 발수기능을 부여하려면 유리 표면의 표면에너지를 낮게 만들어 주어야 하는데, 이를 위해서는 낮은 표면에너지를 갖는 물질(이하, 발수제라 명함)로 유리 표면을 처리한다. 이와 관련하여 통상적인 방법으로 제조된 소다라임 판유리는 물에 대해 약 20°정도의 접촉각을 나타내나 우수하게 발수처리된 유리샘플은 100°이상의 접촉각을 나타낸다.In order to impart a water repellent function to the glass surface, the surface energy of the glass surface must be made low. For this purpose, the glass surface is treated with a material having a low surface energy (hereinafter referred to as a water repellent). In this regard, the soda-lime glass produced by the conventional method exhibits a contact angle of about 20 ° to water, but the excellent water-repellent glass sample exhibits a contact angle of 100 ° or more.

일반적으로 발수제로는 탄화수소계 화합물, 실리콘계 화합물, 염소화합물 및 불소화합물 등이 쓰이고 있다. 그 중에서 가장 우수한 성능을 나타내는 것으로는 플루오로알킬실란(FAS)계의 발수제이다. FAS계 발수제는 그 임계표면장력이 20 dyn/㎝ 이하가 되어 물 및 극성용제는 물론 기름도 발하는 성질을 가지며, 가장 낮은 표면에너지를 부여하는 성분인 CF3또는 CF2가 풍부하게 존재하고 있고, 구조적으로도 직선형 구조를 가지고 있어 발수기의 조밀도를 증가시키는 특징이 있다.Generally, hydrocarbon-based compounds, silicon-based compounds, chlorine compounds and fluorine compounds are used as water repellents. The most excellent among them is a fluoroalkylsilane (FAS) -based water repellent. FAS-based water repellent agent may, and the critical surface tension of 20 is a dyn / ㎝ or less of water and a polar solvent, as well as having an emitting FIG oil properties, the component that gives the lowest surface energy, CF 3 or CF 2 is abundant, It also has a linear structure, which increases the density of the water repellent.

유리 표면에 발수기능을 부여하는 발수제는 크게 두 종류의 관능기를 가지고 있는 바, 그 중 하나는 유리 표면의 실라놀기(R3Si-OH)와 반응하여 견고한 실록산 결합(Si-O-Si)을 일으키는 관능기 예를 들면, 메톡시실란기(-Si(OCH3)3), 에톡시실란기(-Si(OC2H5)3), 메틸클로로실란기(-SiCH3Cl2) 및 이소시아네이트기(-NCO)이고, 다른 하나의 관능기는 대기에 접하고 물에 대하여 소수성을 부여할 수 있는 플루오로카본기(CF3(CF2)X-)로 구성된다.Water repellents that impart water repellency to glass surfaces have two types of functional groups, one of which reacts with silanol groups (R 3 Si-OH) on the glass surface to form a solid siloxane bond (Si-O-Si). Functional groups to be produced, for example, methoxysilane group (-Si (OCH 3 ) 3 ), ethoxysilane group (-Si (OC 2 H 5 ) 3 ), methylchlorosilane group (-SiCH 3 Cl 2 ) and isocyanate group (-NCO), the other functional group is composed of a fluorocarbon group (CF 3 (CF 2 ) X- ) which is in contact with the atmosphere and can impart hydrophobicity to water.

그러나, 일반적인 소다라임 유리에 중간층의 형성 없이 곧바로 불소화합물을 적용할 경우에는 유리내의 알칼리 성분의 용출로 인해 발수성능이 사용시간에 따라 열화되는 문제가 있다. 따라서, 유리의 알칼리 용출을 억제하면서 치밀하고 견고한 실리카 막을 발수막 이전에 코팅하는 것이 필요하다. 특히, 자동차 유리와 같이 외부환경에 대해 열악한 조건에 있는 유리의 발수기능은 발수제의 직접적인 처리만으로는 부족하며 특별히 내구성에 대한 추가의 기능이 고려되어져야 하고 마모에 대한 저항성 이외에도 스크래치에 대한 저항성, 비와 바람 및 화학적 성분에 대한 저항성, 햇빛 등 자외선에 대한 저항성, 사계절에 대한 온도 저항성 등의 내구성이 충분해야 한다. 즉, 이러한 내구성을 가져야 발수기능이 오래 지속되어 사용자는 불편함이 없이 발수유리의 기능상의 혜택을 볼 수 있다.However, when a fluorine compound is immediately applied to a general soda-lime glass without forming an intermediate layer, there is a problem in that the water repellency is deteriorated with use time due to the elution of an alkali component in the glass. Therefore, it is necessary to coat the dense and rigid silica film before the water repellent film while suppressing alkali elution of the glass. In particular, the water-repellent function of glass in poor conditions against the external environment, such as automotive glass, is insufficient by the direct treatment of the water repellent, and in particular, additional functions for durability should be considered. In addition to the resistance to abrasion, the resistance to scratches, Durability such as resistance to wind and chemical components, resistance to ultraviolet rays such as sunlight, and temperature resistance to four seasons should be sufficient. In other words, the durability of the water-repellent function is long lasting so that the user can see the functional benefits of the water-repellent glass without inconvenience.

종래에도 발수유리의 내구성을 향상시키는 노력은 많은 발명자들에 의해 여러 각도로 개선되어져 왔다. 그 중에서도 발수유리의 내구성을 향상시키기 위해 유리기판 표면에 발수막을 형성하기 전에 실리카층을 형성시키는 것이 가장 일반적인데 이러한 실리카 코팅방법으로는 인상법(dip coating), 회전법(spin coating), 낙하법(flow coating), 화학증착법(CVD), 에칭법(plasma)등이 사용되고 있다.In the past, efforts to improve the durability of water repellent glass have been improved by various inventors at various angles. Among them, in order to improve the durability of water-repellent glass, it is most common to form a silica layer before forming a water-repellent film on the surface of the glass substrate. Such silica coating methods include dip coating, spin coating, and dropping. (flow coating), chemical vapor deposition (CVD), etching (plasma) and the like are used.

그 중에서 일본공개특허 평 5-213622 호, 평 6-16455 호, 평 5-310444 호, 평 7-330378 호, 평 8-239242 호에서는 인상법에 의해 실리카 코팅을 하여 발수유리를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 인상법에 의한 코팅법은 실리카층 형성용 도포용액에 유리를 침적하여 유리 표면에 도포하는 방법으로서 이 방법은 공정이 간단하다는 장점이 있는 반면, 다량의 도포용액이 필요하고 도포용액이 오염되었을 경우 도포용액을 교환하여야 하며, 양면이 코팅되는 단점으로 인하여 선택적으로 한면을 코팅할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 이 방법은 평평한 유리에는 적용이 용이하나 곡면유리의 경우는 곡면에 따라 도포액의 분포가 달라지는 문제점이 있으며 이러한 문제점은 실리카막의 열처리 후에 두께편차에 의한 박리상태 즉 외관 불량이 발생하는 문제가 있다.Among them, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 5-213622, Hei 6-16455, Hei 5-310444, Hei 7-330378 and Hei 8-239242 have a method of producing water-repellent glass by silica coating by an impression method. Is disclosed. The coating method by the pulling method is a method in which a glass is deposited on a surface of a glass by depositing a coating solution for forming a silica layer. This method has the advantage of simple process, whereas a large amount of coating solution is required and the coating solution is contaminated. The coating solution must be exchanged, and due to the disadvantage that both sides are coated, there is a disadvantage in that one side cannot be selectively coated. In addition, this method is easy to apply to flat glass, but in the case of curved glass, there is a problem in that the distribution of the coating liquid varies depending on the curved surface. have.

또한, 일본공개특허 평 4-160039 호, 평 5-24885 호, 평 5-24887 호, 미국특허 제 5,266,358 호, 유럽특허공개 제 0476510A1 호에서는 회전법에 의해 실리카층을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 회전법은 유리기판상에 도포액을 적하시켜 유리기판을 고속회전시켜 원심력에 의해서 유리기판 표면에 도포액을 균일하게 확산시켜 도포하는 방법이지만, 기판위에 먼지 등이 묻게 되면 코팅시 결함이 발생되며 먼지에 의해서 기판 전체가 코팅이 불균질해지는 문제를 갖고 있다. 이 방법은 텔레비젼용 브라운관 유리와 같은 기판크기에 적합하지만 자동차용 유리와 같은 대면적이면서 3차원 곡면을 갖는 유리에 대해서는 유리기판을 고속으로 회전시켜 주기가 어려우며, 고속회전에 따른 막 두께 및 불균일한 코팅상태 등의 문제로 인하여 대량생산시 적합하지 못한 방법이다.Further, Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-160039, 5-24885, 5-24887, U.S. Patent No. 5,266,358, and European Patent Publication No. 0476510A1 disclose a method of forming a silica layer by a rotation method. . The rotating method is a method of dropping a coating liquid onto a glass substrate to rotate the glass substrate at a high speed to spread the coating liquid evenly on the surface of the glass substrate by centrifugal force.However, if a dust, etc. gets on the substrate, defects occur during coating. This causes a problem that the entire substrate is inhomogeneous in coating. This method is suitable for substrate sizes such as CRT glass for televisions, but it is difficult to rotate glass substrates at high speed for large-area and three-dimensional curved glass such as automotive glass. Due to problems such as coating state, it is not suitable for mass production.

한편, 일본공개특허 평 5-307822 호, 평 7-207255 호에서는 낙하법으로 실리카층을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 낙하법은 유리기판을 수직으로 세워 놓은 상태에서 유리기판 상단에서 실리카층 형성용 코팅용액을 흘려 보내면서 수직으로 이동하며 코팅하는 방법으로 이 코팅법은 공정이 간단하며 적은 설비투자가 가능하다는 장점이 있는 반면 공정 속도가 늦고 코팅용액의 손실이 과다한 문제점이 있다. 특히 곡면유리의 경우는 코팅막 두께가 균일하지 못한 문제가 있으며 코팅후에 박리상태가 발생될 확률이 높다. 또한 유리 하단부에 코팅막이 매우 두꺼워지는 문제가 발생되기 쉽다. 이러한 문제는 코팅 및 소성 후에 막상도의 저하 및 박리현상을 유발하는 문제점을 안고 있다.On the other hand, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-307822 and 7-207255 disclose a method of forming a silica layer by a dropping method. The drop method is a method of vertically moving and coating the coating solution for forming a silica layer from the top of the glass substrate while the glass substrate is placed vertically. On the other hand, there is a problem that the process speed is slow and the loss of the coating solution is excessive. Especially in the case of curved glass, there is a problem that the thickness of the coating film is not uniform, and there is a high possibility that a peeling state occurs after coating. In addition, the problem that the coating film becomes very thick at the lower end of the glass is likely to occur. This problem has a problem of causing a decrease in the film quality and peeling phenomenon after coating and firing.

일본공개특허 평 8-119678 호에서는 화학증착법(CVD)에 의해서 유리에 실리카층을 형성하는 방법이 개시되어 있으나 CVD는 공정이 까다롭고 대면적의 유리에 코팅하기 위해서는 고가의 설비를 사용하는 등 산업상의 이용상 많은 제약을 갖고 있다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 8-119678 discloses a method of forming a silica layer on glass by chemical vapor deposition (CVD), but CVD is a difficult process and uses expensive equipment to coat large areas of glass. There are many restrictions on the use of tops.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 발수유리 제조시 고습도와 저온에서 실리카 졸 용액을 유리기판 표면에 스프레이 코팅법에 의해 유리기판 표면에 실리카 막을 코팅하고 이를 열처리 한 다음, 실리카층이 형성된 유리기판 표면에 발수제를 스프레이 코팅함으로써 자동차 유리 또는 건물용 유리와 같이 대면적 또는 곡면유리에 발수층을 코팅하여 내구성을 높인 스프레이 코팅에 의한 발수유리의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to improve the above problems, the present invention provides a silica sol solution on the surface of a glass substrate by spray coating the silica sol solution at high humidity and low temperature during the manufacture of water-repellent glass, and then heat-treating the silica film on the surface of the glass substrate on which the silica layer is formed. It is an object of the present invention to provide a method for producing a water-repellent glass by spray coating to increase the durability by coating a water-repellent layer on a large area or curved glass, such as automotive glass or building glass by spray-coating a water repellent.

도 1은 스프레이 건을 포함한 코팅장치의 구성을 나타낸 개략도이고,1 is a schematic view showing the configuration of a coating apparatus including a spray gun,

도 2는 스프레이 건의 코팅패턴을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a coating pattern of the spray gun.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 코팅기 2 : 유리기판1 coating machine 2 glass substrate

3 : 코팅용액탱크 11 : 스프레이 건3: coating solution tank 11: spray gun

12 : 코팅용액이송라인 13a : 분무공기 주입라인12: coating solution transfer line 13a: spray air injection line

13b : 압축공기 주입라인13b: compressed air injection line

본 발명은 유리기판 표면에 실리카층 및 발수층이 형성된 이중막 구조의 발수유리를 제조하는 방법에 있어서,The present invention provides a method of manufacturing a water-repellent glass having a double-layered structure having a silica layer and a water repellent layer formed on a glass substrate surface

별도로 제조한 실리카졸 용액과 발수용액을 스프레이 코팅법을 이용하여 유리기판에 분사시켜 실리카층 및 발수층을 형성시키되, 유리기판과 분사노즐의 거리가 10 ∼ 20 ㎝이고, 20 ∼ 40℃ 및 습도 55% 이상의 조건하에서 스프레이 코팅하여 실리카층과 발수층을 각각 형성시키는 것을 그 특징으로 한다.The silica sol solution and the water-repellent solution prepared separately are sprayed onto the glass substrate using a spray coating method to form a silica layer and a water repellent layer. The distance between the glass substrate and the spray nozzle is 10-20 cm, 20-40 ° C. and humidity. It is characterized by spray coating under 55% or more of conditions to form a silica layer and a water repellent layer, respectively.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.

본 발명에 따른 발수유리의 제조방법에서는 코팅용액 즉, 실리카졸 용액과 발수용액을 특정 조건하에서 스프레이 코팅방법에 의해 분사하고 이를 열처리하는 것에 그 특징이 있다.In the method of manufacturing the water-repellent glass according to the present invention, the coating solution, that is, the silica sol solution and the water-repellent solution are sprayed by a spray coating method under specific conditions, and is characterized by heat treatment thereof.

본 발명에서 이용되는 스프레이 코팅기(1)는 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 스프레이 건(11), 스프레이 건 까지의 코팅용액을 이송하기 위한 코팅용액이송라인(12), 스프레이 건과 코팅용액탱크(3)까지를 연결하는 분무공기 주입라인(13a) 및 압축공기 주입라인(13b)을 포함하고 있다. 본 발명에서의 스프레이 코팅기(1)는 상하좌우측 이동이 가능하며, 코팅용액의 분사량은 분무공기 주입라인(13a) 및 압축공기 주입라인(13b)의 공기압력으로써 조절한다.Spray coating machine 1 used in the present invention is a spray gun 11, the coating solution transfer line 12 for transferring the coating solution to the spray gun, spray gun and coating solution tank as shown in Figure 1 attached (3) includes a sprayed air injection line 13a and a compressed air injection line 13b. Spray coating machine 1 in the present invention can be moved up, down, left and right, the injection amount of the coating solution is adjusted by the air pressure of the spray air injection line (13a) and compressed air injection line (13b).

실리카층 형성을 위한 코팅용액은 테트라에톡시실란(TEOS)이 에탄올 용매에 녹아 있는 용액에 가수분해를 일으키기 위하여 증류수와 염산을 첨가하며, 테트라에톡시실란 1 g에 대하여 에탄올 70 ∼ 95 g, 물 0.5 ∼ 5 g, 염산 0.001 ∼ 5 g을 첨가하고 교반한 다음 60℃로 유지되는 항온조에서 1일간 숙성시켜 제조한다.The coating solution for forming the silica layer is added with distilled water and hydrochloric acid in order to cause hydrolysis in the solution of tetraethoxysilane (TEOS) in ethanol solvent, 70 ~ 95 g of ethanol per 1 g of tetraethoxysilane, water 0.5-5 g, hydrochloric acid 0.001-5 g are added, stirred, and aged for 1 day in a thermostat maintained at 60 ° C.

그리고, 발수층 형성을 위한 코팅용액은 통상적인 것으로서, 플루오로메톡시실란을 이소프로필알콜 등의 용매에 녹인 용액에 가수분해를 일으키기 위하여 증류수와 염산을 첨가하며, 플루오로메톡시실란 1 g에 대하여 이소프로필알콜 40 ∼ 60 g, 물 0.005 ∼ 0.25 g, 염산 0.05 ∼ 0.5 g을 첨가하고 교반한 다음 60℃로 유지되는 항온조에서 1일간 숙성시켜 제조한다. 이때, 발수제를 가수분해와 중축합반응시키는 이유는 플루오로알킬실란기와 실리카층 표면의 실라놀기와의 반응을 촉진하여 실록산 결합(Si-O-Si)을 극대화시키기 위함이다.In addition, a coating solution for forming a water repellent layer is conventional, and distilled water and hydrochloric acid are added to cause hydrolysis in a solution in which fluoromethoxysilane is dissolved in a solvent such as isopropyl alcohol. 40 to 60 g of propyl alcohol, 0.005 to 0.25 g of water, 0.05 to 0.5 g of hydrochloric acid are added, stirred, and aged for 1 day in a thermostat maintained at 60 ° C. At this time, the reason for the hydrolysis and polycondensation reaction of the water repellent is to maximize the siloxane bond (Si-O-Si) by promoting the reaction of the fluoroalkylsilane group and the silanol group on the surface of the silica layer.

발명에 따른 각 코팅용액의 스프레이 코팅방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Referring to the spray coating method of each coating solution according to the invention in more detail as follows.

상기에서 제조한 코팅용액을 코팅용액탱크(3)에 넣은 후에 압축공기 주입라인(13b)을 통하여 공기압을 가한다. 코팅용액탱크(3)에 가해진 공기압에 의하여 코팅용액은 코팅용액이송라인(12)을 통하여 스프레이 건(11)까지 이송된다.After the coating solution prepared above is put into the coating solution tank 3, air pressure is applied through the compressed air injection line 13b. The coating solution is transferred to the spray gun 11 through the coating solution transfer line 12 by the air pressure applied to the coating solution tank 3.

그리고 코팅용액을 분사하기 위하여 분무공기 주입라인(13a)을 통하여 적절한 압력의 공기를 스프레이 건(11)까지 전달한다.In order to spray the coating solution, air of an appropriate pressure is delivered to the spray gun 11 through the spray air injection line 13a.

이와 같이 스프레이 건(11)에 유입된 코팅용액은 스프레이 건(11)에 부착되어 있는 분사노즐에서 방사되는 공기압에 의해 분무형태로 바뀌면서 방사형으로 분사된다. 스프레이 코팅시 코팅용액의 분사량은 분사노즐에 전달되는 공기의 압력이 증가하면 감소하게 되고, 코팅용액탱크(3)에 전달되는 공기압력이 증가하면 분사량은 증가하게 된다. 즉, 실리카 코팅에 따른 분사액량의 조절은 분사노즐과 코팅용액탱크(3)로 전달되는 공기압을 조절함으로서 이루어지는 바, 코팅용액량이 많고 공기량이 적으면 분사량이 많아지게 되고, 반대로 코팅용액량이 적고 공기량이 많으면 분사량은 적어지게 된다.In this way, the coating solution introduced into the spray gun 11 is sprayed radially while being changed into a spray form by the air pressure radiated from the spray nozzle attached to the spray gun 11. When spray coating, the injection amount of the coating solution decreases when the pressure of air delivered to the injection nozzle increases, and the injection amount increases when the air pressure delivered to the coating solution tank 3 increases. That is, the adjustment of the injection amount according to the silica coating is made by adjusting the air pressure delivered to the injection nozzle and the coating solution tank 3, and when the amount of coating solution is small and the amount of air is small, the amount of injection is increased. The larger the amount, the lower the injection amount.

한편, 스프레이 건(11)에 부착된 분사노즐과 유리기판(2)의 거리에 의해 코팅층의 두께가 결정되는 바, 분사노즐과 유리기판(2)의 거리가 10 ∼ 20 ㎝일 때 적정의 압력분포에 의해 코팅용액을 분사함에 따라 코팅두께를 최소화할 수 있고 코팅용액의 휘발속도를 조절할 수 있다. 즉, 같은 양의 코팅용액을 분사한다 할지라도 그 거리가 너무 가까우면 코팅용액량이 많아지며 필요이상으로 코팅막이 두꺼워져서 소성후에 박리현상이 발생하기 쉽고, 너무 길면 코팅용액량이 적어진 상태가 되어 코팅막의 두께가 얇아지고 표면에 불균질한 코팅상태를 가져온다.On the other hand, the thickness of the coating layer is determined by the distance between the injection nozzle attached to the spray gun 11 and the glass substrate 2, and the proper pressure when the distance between the injection nozzle and the glass substrate 2 is 10 to 20 cm. By spraying the coating solution by the distribution can minimize the coating thickness and control the volatilization rate of the coating solution. That is, even if the same amount of coating solution is sprayed, if the distance is too close, the amount of coating solution increases and the coating film becomes thicker than necessary, so that peeling phenomenon occurs easily after firing, and if it is too long, the coating solution amount becomes less. The thickness of the film becomes thinner and brings uneven coating state to the surface.

이러한 코팅패턴은 3차원 프로그래밍이 가능한 로봇을 통하여 제어할 수 있다.This coating pattern can be controlled through a robot capable of three-dimensional programming.

스프레이 코팅에서 1회 이동에 의해서 코팅되는 면적은 사용되는 스프레이 건(11)의 형태와 유리기판과 분사노즐의 거리 및 코팅용액과 공기압 등에 따라 다소 차이는 있지만 대체적으로 직경 2 ∼ 10 ㎝의 범위를 가지므로 대면적 코팅에서는 첨부도면 도 2에 도시한 바와 같은 코팅패턴에 따라 여러번 코팅을 해야 한다.The area coated by one movement in the spray coating is somewhat different depending on the type of spray gun 11 used, the distance between the glass substrate and the spray nozzle, the coating solution and the air pressure, etc., but the diameter is generally in the range of 2 to 10 cm. In the large-area coating has to be coated several times according to the coating pattern as shown in the accompanying drawings.

즉, 최초의 지점에서 우측(또는 좌측)으로 이동하면서 코팅용액을 분사하고 분사가 이루어진 후의 지점에서 2 ∼ 5 ㎝정도 하축으로 이동한 후에 다시 좌측(또는 우측)으로 이동하면서 분사를 하는 지그재그의 방법을 반복하면서 유리기판 전체를 코팅하게 된다.That is, the zigzag method of spraying the coating solution while moving to the right (or left) from the first point, and moving to the lower axis about 2 to 5 cm from the point after the injection is made, and then spraying while moving to the left (or right) again. Repeating to coat the entire glass substrate.

이렇게 수회이상 상하 좌우로 스프레이 코팅을 하게 되면, 첫 번째 코팅면과 두 번째의 코팅면이 중첩되는 현상이 발생한다. 이러한 중첩현상은 코팅직후에는 판변하기 어려우며 200 ∼ 350℃에서 소성을 한 후에 결함으로써 발생하는 경향이 있다. 이는 첫 번째 코팅면과 두 번째 코팅면의 층 두께 차이가 발생됨에 따라 소성후에 실리카층의 분리(박리)현상과 표면상태가 깨끗하지 못한 상태 즉, 뿌옇게 되는 상태와 함께 점, 구멍 형태의 결함이 발생한다.When the spray coating up and down, left and right more than several times, the first coating surface and the second coating surface overlaps. This overlapping phenomenon is difficult to change immediately after coating and tends to occur after baking at 200 to 350 ° C. As the thickness difference between the first coating surface and the second coating surface occurs, the separation (peeling) of the silica layer after firing and the surface state are not clean, that is, they become cloudy, and there are spot and hole defects. Occurs.

첨부도면 도 2에 도시한 바와 같이 분사노즐이 지그재그 방식으로 이동하면서 코팅작업을 수행하는 경우, 유리기판(2) 양 끝부분의 전환부와 중앙부간에 코팅 두께차이가 발생하여 코팅면이 불균일하게 형성될 수 있으므로 유리기판(2) 양 끝부분의 전환부가 유리기판(2)의 외부에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.When coating is performed while the spray nozzle moves in a zigzag manner, as shown in FIG. 2, the coating surface is unevenly formed due to a difference in coating thickness between the switching portions and the central portions of both ends of the glass substrate 2. It may be preferable that the switching portions at both ends of the glass substrate 2 are located outside the glass substrate 2.

본 발명에서는 상기의 스프레이 방식에 의한 대면적 유리코팅에 나타난 중첩현상을 코팅시의 온도 및 습도 중에서 특히 습도를 조절함으로써 해결하였다.In the present invention, the overlapping phenomenon shown in the large-area glass coating by the spray method was solved by controlling the humidity, particularly in the temperature and humidity during coating.

습도가 낮은 상태 즉, 건조한 상태에서 코팅을 하게 되면 휘발속도차에 의하여 첫 번째 코팅면과 두 번째 코팅면의 두께 차이가 발생하며, 이는 소성후에 뿌옇게 되는 표면의 결함을 유발하며, 이는 깨끗한 표면을 가져야 하는 자동차용 유리에서 문제가 된다. 그러나, 습도가 높은 상태에서 코팅이 이루어지면 코팅용액의 휘발속도가 늦어지므로 연속적으로 이어지는 코팅면의 경계부분에서의 초기 코팅용액이 충분하게 자체 표면장력에 의해 균일하게 평평해지므로 결함이 발생하지 않는 코팅이 가능해진다. 따라서 습도는 55% 이상, 바람직하기로는 80% 이상의 조건을 유지하도록 한다. 분사노즐의 이동시 시편상에 중첩되는 부분이 발생하게 되는데, 온도가 낮거나 습도가 낮은 분위기에서는 이 중첩부분에서 외관상 불량이 심하였고, 습도가 높을 때에는 경계면의 외관상 결함이 나타나지 않았으며, 분사노즐과 유리기판(2)의 높이차를 조정하여 평면 및 곡면형태를 가지는 유리의 코팅도 가능하게 되었다.When the coating is applied in a low humidity state, that is, in a dry state, a difference in thickness between the first coating surface and the second coating surface occurs due to the volatilization speed difference, which causes a flaw of the surface that becomes cloudy after firing, which results in a clean surface. This is a problem for automotive glass that should have. However, if the coating is performed in a high humidity state, the volatilization speed of the coating solution is slowed down, so that the initial coating solution at the boundary of the continuous coating surface is sufficiently flattened by its own surface tension so that defects do not occur. Coating is possible. Therefore, the humidity is maintained at 55% or more, preferably 80% or more. When the spray nozzle is moved, the overlapping part occurs on the specimen. In low temperature or low humidity atmosphere, the overlapping part is bad in appearance. The height difference of the glass substrate 2 was adjusted, and the coating of glass which has a flat surface and a curved surface shape was also attained.

한편, 유리기판(2)의 곡면부분에서는 분사노즐이 2차원으로만 이동한다면 유리기판(2)의 중심부분과 곡면으로 휘어진 끝 부분에서 분사노즐과 유리기판(2) 사이의 차이에 의해 코팅용액의 양이 달라지므로 두께 차이에 의한 결함을 유발하기 쉽다. 본 발명에서는 스프레이 건(11)을 입체적으로 이동할 수 있도록 3차원 로봇 시스템을 도입하여 유리기판(2)의 곡면과 같은 곡률로 이동하게 함으로써 분사노즐과 유리기판(2)의 일정한 거리를 유지하도록 하였다.On the other hand, in the curved part of the glass substrate 2, if the spray nozzle is moved only in two dimensions, the coating solution is caused by the difference between the spray nozzle and the glass substrate 2 at the central portion of the glass substrate 2 and the curved end thereof. Since the amount of is different, it is easy to cause defects due to thickness differences. In the present invention, by introducing a three-dimensional robot system to move the spray gun 11 in three dimensions to move at the same curvature as the curved surface of the glass substrate 2 to maintain a constant distance between the spray nozzle and the glass substrate (2). .

또한, 실리카 코팅용액을 유리기판(2)에 분사한 후에는 승온속도 7 ℃/min으로 200 ∼ 350℃에서 30분간 열처리하여 유리기판(2) 표면에 견고한 Si-O-Si의 실록산 가교층 즉, 실리카층을 형성하게 된다. 실리카층의 코팅과 이를 소성한 후에 측정한 코팅막의 두께는 600 ∼ 1,500Å 이었다.In addition, after spraying the silica coating solution on the glass substrate (2), heat treatment at 200 ~ 350 ℃ for 30 minutes at a temperature increase rate of 7 ℃ / min, a solid Si-O-Si siloxane crosslinked layer on the surface of the glass substrate (2) The silica layer is formed. The thickness of the coating of the silica layer and the coating film measured after firing it was 600-1,500 kPa.

또한, 실리카층위에 발수제 함유 코팅액을 분사한 후에도 상기와 동일한 조건으로 열처리하여 발수층을 형성시키며, 발수층의 코팅과 이를 소성한 후에 측정한 코팅막의 두께는 700 ∼ 1,600Å 이었다.In addition, even after spraying a water-repellent agent-containing coating liquid on the silica layer to form a water-repellent layer by heat treatment under the same conditions as described above, the coating of the water repellent layer and the thickness of the coating film measured after firing was 700 ~ 1,600Å.

이와같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.Although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to an Example.

실시예 : 스프레이 코팅법Example: Spray Coating

1. 실리카층 형성1. Silica layer formation

테트라에톡시실란(TEOS, 31.2g)과 에탄올(257.94g)을 혼합하여 30분동안 교반한 혼합용액에 염산(0.06g)과 물(10.8g)을 첨가하여 2 시간동안 교반한 다음 60℃로 유지되는 항온조에서 1일간 숙성하여 실리카 코팅용액으로 사용하였다.Tetraethoxysilane (TEOS, 31.2g) and ethanol (257.94g) were mixed and hydrochloric acid (0.06g) and water (10.8g) were added to the mixed solution which was stirred for 30 minutes and stirred for 2 hours. It was aged for 1 day in a maintained thermostat and used as a silica coating solution.

자동차 앞유리를 세정한 후 분사노즐과 유리기판 사이의 거리가 15 ㎝가 유지되도록 하였다. 분사노즐의 이동속도는 40 ㎝/sec가 되도록 하여 상기에서 제조한 코팅용액을 분사하였다. 코팅은 25℃에서 85%의 습도분위기 하에서 행하였으며 공기 압력과 용액의 압력을 각각 0.7 bar와 0.5 bar로 조절하여 코팅하였다. 코팅은 분사노즐이 시편 상단의 좌에서 우로 40 ㎝/sec의 속도로 이동한 후, 3 ㎝ 하단으로 이동후 다시 우에서 좌로 상기와 같은 속도로 반복 이동하고 다시 1 ㎝ 하단으로 이동하는 방식으로 하여 시편 전체가 코팅되도록 하였다.After the windshield was cleaned, the distance between the spray nozzle and the glass substrate was maintained to 15 cm. The moving speed of the spray nozzle was 40 cm / sec to spray the coating solution prepared above. The coating was performed at 25 ° C. under a humidity of 85% and the coating was performed by adjusting the air pressure and the solution pressure to 0.7 bar and 0.5 bar, respectively. The coating is carried out in such a way that the spray nozzle moves from left to right at the top of the specimen at a speed of 40 cm / sec, then to the bottom of 3 cm, then repeatedly moves from right to left at the same speed as above and again to the bottom of 1 cm. The whole was allowed to be coated.

그런다음 코팅이 되어진 유리기판을 승온속도 7 ℃/min으로 300℃의 온도에서 30분간 열처리를 하였다.Then, the coated glass substrate was heat-treated for 30 minutes at a temperature of 300 ° C. at a heating rate of 7 ° C./min.

2. 발수층 형성2. Water repellent layer formation

상기에서 형성된 실리카층위에 다음과 같은 방법으로 발수층을 형성시켰다.On the silica layer formed above, a water repellent layer was formed by the following method.

발수제로서 플루오로메톡시실란(3 g), 이소프로필알콜(150 g), 염산(1 g), 증류수(0.2 g)을 혼합한 후 60℃에서 2 일간 숙성한 다음, 이를 발수 코팅용액으로 사용하였다.As a water repellent, fluoromethoxysilane (3 g), isopropyl alcohol (150 g), hydrochloric acid (1 g) and distilled water (0.2 g) were mixed and aged at 60 ° C. for 2 days, and then used as a water repellent coating solution. .

실리카층이 형성된 유리기판(2)을 스프레이 코팅방법을 이용하여 상기 실리카 코팅방법과 같은 조건에서 코팅하였다. 발수코팅된 유리기판은 150℃에서 1 시간동안 가열건조하였다.The glass substrate 2 having the silica layer formed thereon was coated using the spray coating method under the same conditions as the silica coating method. The water-repellent coated glass substrate was heat dried at 150 ° C. for 1 hour.

비교예: 인상법(Dip Coating) Comparative Example : Dip Coating

소다라임 유리기판을 50×50 ㎝(두께 0.1 ㎝)로 절단한 후 계면활성제를 사용하여 1차 세정 후, 증류수에 담가 초음파 세척기로 15분간 2차 세정하였다.The soda lime glass substrate was cut to 50 × 50 cm (thickness 0.1 cm), and then washed first with a surfactant, and then immersed in distilled water for 15 minutes with an ultrasonic cleaner.

아세톤으로 3차 세정 후 120℃의 건조기에 넣어 건조시킨 후 모터 인상 코팅기(motor driven dip coater)를 이용하여 상기의 졸 용액속에 시편을 30초간 담근 후 30 ㎝/min의 속도로 인상하였다. 유리기판은 300℃의 온도에서 30분간 열처리 하였으며 승온속도는 7 ℃/min으로 하였다. 실리카 형성용액 및 발수제는 상기 실시예와 동일한 조건으로 제조하였다.After the third washing with acetone and put in a dryer at 120 ℃ dried and immersed the specimen in the sol solution for 30 seconds using a motor driven dip coater and was raised at a rate of 30 cm / min. The glass substrate was heat-treated for 30 minutes at a temperature of 300 ℃ and the temperature increase rate was 7 ℃ / min. The silica forming solution and the water repellent were prepared under the same conditions as in the above examples.

실험예Experimental Example

상기 실시예 및 비교예에서 코팅된 유리기판에 대해서는 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 1에 나타내었다.The physical properties of the coated glass substrates in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods, and the results are shown in Table 1 below.

접촉각은 접촉각 측정기(kyowa interface science co., Ltk japan의 모델 CA-X)를 사용하여 액적법(sessile drop method)에 의하여 측정하였고, 서로 다른 위치에서 5회 측정후 평균값을 취하였다.The contact angle was measured by the droplet drop method using a contact angle measuring instrument (model CA-X of Ltk japan), and the average value was taken after five measurements at different positions.

내마모성의 측정은 대면적 마모테스터를 사용하였으며 시편의 양측에서 1 ㎏/㎝의 하중을 가하고 약 2초 정도의 왕복 속도로 20,000번의 왕복 테스트를 거친후 접촉각을 측정하여 평가하였다.The wear resistance was measured by using a large area wear tester, and the contact angle was measured after 20,000 round trip tests at a reciprocating speed of about 2 seconds with a load of 1 kg / cm on both sides of the specimen.

내알칼리 테스트는 1N의 수산화나트륨 용액에 시편을 6 시간 담근 후 꺼내어 접촉각을 측정하는 방식으로 평가하였고, 내산성은 1N의 염산 용액에 6 시간 시편을 담근 후 꺼내어 접촉각을 측정하였으며, 내열성은 끓는물속에 2 시간동안 시편을 담근 후 꺼내어 접촉각을 측정하여 접촉각의 감소를 측정하는 방식으로 평가하였다.The alkali resistance test was performed by dipping the specimen in 1N sodium hydroxide solution for 6 hours and then measuring the contact angle. The acid resistance was measured by dipping the specimen in 1N hydrochloric acid solution for 6 hours and measuring the contact angle. After soaking the specimen for 2 hours, the contact angle was measured and evaluated by measuring the decrease in the contact angle.

마모저항성은 타버 마모기(5150 taber abraser, 미국)를 이용하여 100∼1,000회 회전한 후 측정하였고, 시야흐림도는 흐림측정기(BYK gardner, KS L 2007)로 평가하였다.Abrasion resistance was measured after 100 to 1,000 rotations using a taver wearer (5150 taber abraser, USA), and the field of view was evaluated by a blur meter (BYK gardner, KS L 2007).

구 분division 실시예Example 비교예Comparative example 외관상태Appearance 우수Great 우수Great 초기접촉각(°)Initial contact angle (°) 118118 109109 내마모Wear resistance 9999 8585 내산성Acid resistance 116116 9999 내알칼리성Alkali resistance 109109 9797 내열성Heat resistance 117117 100100 타버 마모(taber abrasion, 100∼1,000회) 후 접촉각과 흐림도의 변화Changes in Contact Angle and Cloudiness after Taber Abrasion (100 to 1,000 Times) 100회100 times 접촉각(°)Contact angle (°) 105105 9898 흐림도(ΔH)Cloudiness (ΔH) 0.60.6 0.70.7 300회300 times 접촉각(°)Contact angle (°) 9999 8989 흐림도(ΔH)Cloudiness (ΔH) 0.70.7 0.80.8 500회500 접촉각(°)Contact angle (°) 9191 8989 흐림도(ΔH)Cloudiness (ΔH) 0.80.8 1.11.1 1,000회1,000 접촉각(°)Contact angle (°) 8383 7878 흐림도(ΔH)Cloudiness (ΔH) 1.021.02 1.231.23

상기 표 2에서 나타낸 바와 같이 대부분의 성능에서 스프레이 코팅법에 의한 실시예의 경우가 인상법에 의한 비교예의 경우보다 성능이 우수하였다.As shown in Table 2, the performance of the examples by the spray coating method in most of the performance was superior to the comparative example by the pulling method.

본 발명의 스프레이 코팅 방법에 의하여 코팅된 유리기판은 외관 상태가 우수하였으며 자동차 안전유리, 항공기 등을 포함한 운송장치용 유리, 건물용 유리, 거울 및 가정용 유리 등 다양한 용도에 사용될 수 있고 우수한 발수성능, 발수 내구성 및 내마모성이 우수함을 알 수 있다.The glass substrate coated by the spray coating method of the present invention has an excellent appearance and can be used for various applications such as automobile safety glass, transportation glass including aircraft, building glass, mirror and household glass, and excellent water repellency and water repellency. It can be seen that the durability and wear resistance is excellent.

Claims (2)

유리기판 표면에 실리카층 및 발수층이 형성된 이중막 구조의 발수유리를 제조하는 방법에 있어서,In the method of manufacturing a water-repellent glass having a double-layered structure having a silica layer and a water repellent layer formed on the surface of the glass substrate, 별도로 제조한 실리카졸 용액과 발수용액을 스프레이 코팅법을 이용하여 유리기판에 분사시켜 실리카층 및 발수층을 형성시키되, 유리기판과 분사노즐의 거리가 10 ∼ 20 ㎝이고, 20 ~ 40℃ 및 습도 55% 이상의 조건하에서 스프레이 코팅하여 실리카층과 발수층을 각각 형성시키는 것을 특징으로 하는 스프레이 코팅에 의한 발수유리의 제조방법.The silica sol solution and the water-repellent solution prepared separately are sprayed onto the glass substrate using a spray coating method to form the silica layer and the water repellent layer. The distance between the glass substrate and the spray nozzle is 10-20 cm, 20-40 ° C. and humidity. Spray coating under the condition of 55% or more to form a silica layer and a water repellent layer, respectively. 제 1 항에 있어서, 상기 분사노즐은 곡면 유리기판의 곡면형상과 같은 곡률로 3차원으로 이동하는 것을 특징으로 하는 스프레이 코팅에 의한 발수유리의 제조방법.The method of claim 1, wherein the spray nozzle moves in three dimensions with the same curvature as that of the curved glass substrate.
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KR100433203B1 (en) * 1997-07-24 2004-07-16 삼성코닝 주식회사 Process for producing water-repellent glass excellent in water-repellency and abrasion resistance

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