KR20030043535A - 다기능성 실리콘 폴리머 코팅제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알콕시 실란에 실란커플링제와 평균 입자크기가 10∼30 nm 정도의 금속산화물-졸 및 불소수지를 함유하는 수용성 실리콘폴리머 코팅제 조성물에 관한 것이다.

상기한 실리콘폴리머 코팅제 조성물은 산과 알콜의 존재 하에서 졸-겔 프로세스의 공정 즉, 가수분해, 축중합 반응을 시킨 후 조성물을 안정화시키는 속성 공정을 거쳐 제조한다. 이렇게 제조된 불화 폴리 실록산 폴리머는 내화학성, 내마모성, 분산성, 내수성, 내유성 및 내후성이 우수하여 광학소재, 자동차 유리, 페인트 소광제, 각종 전기 및 건축 재료 등의 기능을 향상시키기 위한 코팅제로 폭넓게 응용될 수 있다.

Description

다기능성 실리콘 폴리머 코팅제 조성물{Multi Functional Silicon-polymer Composite for Coating}

본 발명은 다기능성 실리콘 폴리머 코팅제 조성물에 관한 것으로써 더욱 상세하게는 실란올의 부분 축합물과 입자 평균 크기가 10 ∼ 30 nm인 금속 산화물 졸과 불소함유 수지로 구성된 코팅조성물에 경화촉매로 트리메틸아민을 함유함으로써 내화학성, 내마모성, 내후성, 내수 및 내유성이 뛰어나고 접착성 및 저장 안정성이 우수하여 다목적 용도로 사용되도록 개발된 코팅제 조성물에 관한 것이다.

코팅하고자 하는 표면은 금속, 합금, 유리, 지류, 세라믹, 플라스틱 및 기타물질이 포함될 수 있다. 현재 시판되고 있는 투명한 폴리카보네이트로 구성된 자동차 헤드램프, 안경 및 카메라 등의 광학재료에는 내마모성 및 내스크래치성이 요구된다. 또한 빌딩 및 기타 건축물과 같은 지상에 고정된 시설에는 그리핑방지(antigriping)소수성이 필요하며, 표면에 결빙을 방지하고, 방오 및 부식방지 기능이 요구된다.

기존 기능성 코팅제는 가수분해 매체인 알콜 및 물 등의 용매에 콜로이드 실리카 분산액 또는 실리카겔 등의 실리카를 첨가한 다음, 가수분해를 할 수 있는 실리콘 알콕사이드와 혼합하여 내마모성 코팅제를 제조하는 방법이 미합중국 특허 제 3,708,225 호, 제 3,976,497 호, 제 3,986,997 호, 제 4,027,073 호, 제 4,159,206 호 및 제 4,117,315 호에 기술되어 있다.

한편, 우천시에 유리에 닿은 빗방울이 창유리 표면에 달라붙는 것을 방지하기 위한 소수성 처리제는 알킬 폴리 실록산, 무기산 및 수계 용매로 제조하는 방법이 미합중국 특허 제 3,579,540 호, 일본국 특허 공개 공보 제 1975-15473 호 등에 기술되어 있다.

그러나, 종래의 기능성 코팅제는 한두가지의 제한된 성능 밖에 제공하지 못하므로 여러 종류의 특성을 향상시키기 위해서는 기재에 각각의 기능성 코팅제를 이중, 삼중으로 코팅해야 하므로 비용 증가는 물론이고 작업이 불편하고 적용이 제한적인 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 코팅하고자하는 기재의 표면에 내화학성, 내마모성, 부식방지, 발수 및 발유 특성을 제공하여 기재의 특성을 획기적으로 향상시키기 위한 다기능성 실리콘 폴리머 코팅제를 제공하는데 있다.

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본 발명은 기재의 표면에 코팅시 내화학성, 내마모성, 부식방지, 발수 및 발유 특성을 제공하여 기재에 다기능성이 부여되도록 하는 조성물에 관한 것으로, 알킬 폴리 실록산에 금속 산화물-졸 및 불소수지를 함유하는 투명한 수성 조성물에관한 것이다. 이러한 다기능성 코팅제는 코팅된 기재 표면을 물, 기름으로부터 보호하고 내열, 내후, 내화학성 및 내마모성을 향상시키기 위하여 다양한 용도로 사용될 수 있다. 이러한 보호코팅은 주로 플라스틱, 수지, 목재, 종이뿐만 아니라 광학재료, 전기 및 전자 재료에 폭넓게 사용되며, 특히 투명하고 경화속도가 빠르므로 미관을 필요로 하는 기재와 실내 건축자재 등에 응용이 가능하다. 일반적으로 소수성 코팅제는 디메틸 폴리 실록산 등의 규소 화합물이 가격이 저렴하고 유연성과 내구성을 갖추고 있어 가장 널리 쓰이고 있으나 최근에는 발유성 및 방오성을 요구하는 기재가 많아 가격은 다소 고가이지만 불소를 함유한 초소수성 코팅제가 많이 연구되고 있다.

불소화합물은 모든 화합물 중 가장 분자간 인력이 작고 표면 에너지가 낮다. 일례로 -CF₃는 임계 표면 장력이 6 dyne/cm로 메틸기(-CH₃)의 표면장력 22∼24 dyne/cm의 1/4의 수준으로 표면 코팅시 우수한 발수, 발유 효과를 나타낸다. 그러나 실제 적용 시에는 경제성 문제도 고려해야 하므로 폴리 실록산에 불소 화합물을 소량 첨가하여 사용하는 것이 좋은 것으로 알려져 있다. 또한 기재 보호 코팅은 소수성뿐만 아니라 내열성, 내마모성, 항균, 내화학성 및 대전 방지 기능을 필요로 하므로 평균 입자 크기가 10∼30 nm 정도인 금속 산화물-졸을 첨가하면 우수한 특성을 얻을 수 있다.

내열 및 내마모성 충진 재료는 알루미나졸이나 실리카 졸 등이 좋고 항균 및 방오 특성은 티타늄 졸, 도전막은 주석화합물, 자외선 흡수 용도로 세륨 산화물을 함유하는 충진제를 사용한다. 또한 축합 반응을 촉진시키고 코팅액의 저장 안전성을 위해서 촉매의 도입이 요구되는데 촉매로서는 산, 염기 및 금속 유기화합물 등이 있으며 shelf life와 경화 속도의 균형이 양호한 특성을 갖는 것으로 완충 잠재성 축합 촉매인 나트륨 아세테이트, 칼륨 아세테이트 및 4차 암모늄 카르복실레이트, 트리메틸아민 및 피리딘과 같은 아민류 염기성 pH를 갖는 콜로이드 실리카 등이 대표적이다. 본 발명에서 구현된 다기능성 코팅제 조성물은 실란 화합물 200내지 250 중량부, 평균 입자 크기가 10∼30 nm인 금속 산화물-졸 50 내지 60 중량부, 불소 화합물을 전체 조성물의 2내지 5 중량%, 알콜 용매 150내지 200 중량부, 기타 첨가제 10내지 50 중량부로 이루어져 있다.

상기와 같은 소수성 코팅제는 내후, 내마모, 발수 및 발유, 항균, 대전 방지 기능이 부가되어 코팅된 기재의 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있기는 고기능성 때문에 금속, 합금, 유리, 지류, 세라믹, 플라스틱 및 기타 다양한 기재에 폭넓게 응용될 수 있다.

아래에 본 발명의 실시예 및 비교예를 보여준다. 그러나 이들 실시예는 본발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 제시되는 것일 뿐, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

냉각기 및 교반기가 부착된 5 리터 반응기에 메틸트리에톡시실란 200 g, γ-아미노프로필에톡시실란 40∼50 g을 혼합한 다음 이소프로판을 150 g을 넣고 50∼60℃에서 1 시간 동안 가열 교반 시키면서 평균 입자 크기가 12 nm인 실리카졸(Ludox LS-30, 30 wt% SiO₂, Dupont) 50∼60g을 서서히 적하시켰다. 모두적하시킨 후 초산을 적당량 투입하여 pH를 4∼5정도로 조정하고 12시간 동안 계속 반응시켜 메틸폴리실록산을 얻었다. 여기에 불소수지(FC-C-1022, 한국정밀화학)를 천체 조성물의 2∼5 wt% 첨가시키고 경화촉매로 트리메틸아인 10g을 가한 후 상온에서 5일간 숙성 시켜 소수성 코팅액을 제조하였으며 아래 실험예에 의한 방법으로 테스트한 결과를 표1에 나타내있다.

(실시예 2)

상기의 실시예1에서 실리카졸 대신 입자 크기가 20∼30 nm인 티타늄졸 50∼60 g를 첨가시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였으며 아래 실험예에 의한 방법으로 테스트한 결과를 표1에 나타내었다.

(실시예 3)

상기의 실시예1에서 불소수지를 제외한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 제조하였으며 아래 실험예에 의한 방법으로 테스트한 결과를 표1에 나타내었다.

(비교예 1)

상업제품인 카샤인(유한T.N.C)을 아래 실험예에 의한 방법으로 테스트한 결과를 표 1에 나타내었다.

(비교예 2)

상업제품인 레인오케이(옥시)을 아래 실험예에 의한 방법으로 테스트한 결과를 표 1에 나타내었다.

(실험예)

1. 경도 측정 방법

두께 2 mm (9 cm × 9 cm)의 유리판위에 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 조성물을 코팅한 시편을 충분히 만든 다음 각각 1개씩을 건조기에서 150℃, 20분간 건조시켜 측정기로 1 kg_f힘으로 10 mm 그어 5회 반복(KS D6711 기준)하여 연필경도를 측정하였다.

2. 내식성 측정

상기 1항의 시편을 5% NaCl 용액에 720 시간 침적시켜(JIS-K-5400 8.23)내식성 테스트를 진행하였다.

3. 발수성 테스트

약 20 cm × 20 cm 유리 시험편 위에 실시예 및 비교예에서 얻어진 조성물을 코팅시켜 건조기에서 150℃, 20분간 건조 후 JIS-S-1092 스프레이법으로 발수도를 측정하였다.

[표 1]

주) 발수도

- 100 : 표면에 부착된 습기가 없는 것.

- 90 : 표면에 부착된 습기가 약간 있는 것.

- 80 : 표면에 물방울 떨어지는 부분이 젖은 것

- 70 : 표면에 상당한 부분이 젖은 것

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Claims (6)

1. 전체 조성물 중에서 알킬 트리알콕시 실란 20 내지 40 중량 % 실란 커플링제(오르가노실란) 5∼15 중량 %, 알콜 용매 20∼70 중량 %, 산촉매 1∼3 중량 %, 금속 산화물졸 10∼30 중량 %, 불소 함유 수지 또는 화합물 1∼5 중량 % 그리고 경화 촉매 1∼3 중량 %로 이루어지는 불화 폴리 실록산 다기능성 코팅제 조성물.
2. 제 1 항에 있어서 알킬 트리알콕시 실란은 메틸 트리메톡시실란, 메틸 트리에톡시 실란, 디메틸 디메톡시 실란, 메틸 트리부톡시 실란 등이고 실란 커플링제는 비닐실란, 아미노 실란 및 에톡시 실란 등을 한 종류이상 포함하는 다기능성 코팅제 조성물.
3. 제 1항에 있어서 알콜 용매는 C₁내지 C₄함유 수혼화성 알콜류 및 MEK(메틸에틸케톤), 1-헥사놀, 톨루엔 등의 수불화성 알콜을 한 종류이상 포함하는 다기능성 코팅제 조성물.
4. 제 1항에 있어서 금속 산화물 졸은 평균 입자 크기가 10∼30nm 정도이고 고체함량이 5∼30 wt%인 실리카졸, 티타늄졸 및 알루미나졸을 한 종류 이상 포함하는 다기능성 코팅제 조성물.
5. 제 1항에 있어서 불소함유 수지 또는 화합물은 RCH₂CH₂OH 또는 RCH₂CH₂OOCCH=CH₂를 포함하는 다기능성 코팅제 조성물. 여기서 R은 CF₃(CF₂)₈을 나타냄.
6. 제 1항에 있어서 경화촉매로 트리메틸아민, 칼륨아세테이트, 4차 암모늄 카르복실레이트, 디시안 디아마이드 중 하나 이상을 포함하는 다기능성 코팅제 조성물.