KR20060118906A - 표면 개질된 나노 입자를 함유하는 발수성 코팅 조성물 및이를 이용하여 접촉각과 투명도가 조절된 코팅층을형성하는 방법 - Google Patents

표면 개질된 나노 입자를 함유하는 발수성 코팅 조성물 및이를 이용하여 접촉각과 투명도가 조절된 코팅층을형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 실란 계열로 표면 개질된 나노 입자가 첨가된 유기 실란계 발수성 코팅 조성물 및 상기 조성물을 이용하고 코팅 후의 건조 온도 및 시간을 조절하여 형성되는 코팅막의 투명도 및 물에 대한 접촉각을 조절할 수 있는 코팅 방법에 관한 것이다.

Description

표면 개질된 나노 입자를 함유하는 발수성 코팅 조성물 및 이를 이용하여 접촉각과 투명도가 조절된 코팅층을 형성하는 방법{WARER-REPELLENT COATING COMPOSITION CONTAINING SURFACE-MODIFIED NANO PARTICLES AND METHOD FOR FORMING A COATING LAYER WITH A CONTRILLED TRANSPARENCY AND CONTACT ANGLE USING THE COMPOSITION}
본 발명은 유기 실란 계열로 표면 개질된 나노 입자가 첨가된 유기 실란계 발수성 코팅 조성물 및 상기 조성물을 이용하고 코팅 후의 건조 온도 및 시간을 조절하여 형성되는 코팅막의 투명도 및 물에 대한 접촉각을 조절할 수 있는 코팅 방법에 관한 것이다.
기존의 코팅 조성물 중 발수성이 우수한 조성물을 이용하여 형성된 코팅막의 물에 대한 접촉각은 최대 110 °도 내외로서, 발수성 및 비점착성이 우수하여 각종 전자 재료의 표면에 응용하거나 생활 용품에 응용될 수 있었다. 그러나, 아주 특수한 조건에서는 이러한 발수성을 넘어서 초발수성에 가까운 특성이 요구되기도 하는 경우가 있다. 이러한 경우, 기존의 코팅 조성물에 의해서는 발수 성능이 조금 못미치는 경향이 있어서, 나노 입자를 첨가하여 표면 거칠기 조절함으로써 물에 대한 접촉각을 높이기도 한다. 이러한 경우 114 내지 117 ° 정도의 접촉각이 얻어질 수 있지만, 이보다 더 우수한 발수성을 요구하는 경우가 종종 있다.
따라서, 기존의 코팅 조성물의 성능을 해치지 않으면서 형성되는 코팅막의 발수 특성을 강화시키는 방법이 요구된다
따라서, 본 발명의 목적은 발수성 코팅 조성물의 본래의 특성을 해치지 않으면서 발수성을 더욱 향상시키기 위하여 발수성 코팅 조성물에 표면 개질된 나노 입자를 첨가한 후 코팅시의 건조 조건을 제어함으로써 형성되는 코팅막의 투명도 및 접촉각을 조절하는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 유기 실란 계열로 표면 개질된 나노 입자가 첨가된 유기 실란계 발수성 코팅 조성물 및 상기 조성물을 이용하고 코팅 후의 건조 온도 및 시간을 조절하여 형성되는 코팅막의 투명도 및 물에 대한 접촉각을 조절할 수 있는 코팅 방법에 관한 것이다.
우선, 본 발명은 유기 실란계 코팅 조성물에 유기 실란 계열로 표면 개질된 나노 입자가 첨가된 유기 실란계 발수성 코팅 조성물에 관한 것으로, 상기 유기 실란계 코팅 조성물은 다음의 화학식 I로 정의되는 알콕시실란 및 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 유기 실란 화합물이 상기 유기 실란 화합물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20 배의 유기 용매에 용해되어 있는 용액에 산성 또는 염기성 촉매와 물이 첨가되어 상기 유기 실란 화합물이 가수 분해 및 중 축합되어 얻어진 반응 생성물; 및 희석제로서 사용되는 유기 용매를 상기 반응 생성물 총중량의 0.1 배 내지 1000 배의 양으로 함유하는 것이고;
상기 나노 입자는 다음의 화학식 I로 정의되는 알콕시실란 및 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 유기 실란으로서, 상기 유기 실란계 코팅 조성물과 동일하거나 상이한 유기 실란으로 표면 개질된 Al, Si, Sb, Ce, Ti 및 Ag 산화물로 이루어진 군 중에서 선택된 것이다:
화학식 I
R1 4-xSi(OR2)x
(상기 식 중, x는 1에서 4까지의 정수이고, R1은 C1 내지 C12의 알킬기, C3 내지 C10의 시클로알킬기, C6 내지 C15의 아릴기, C1 내지 C12의 불포화 탄화수소 결합을 갖는 알킬기 또는 수소 원자가 플루오로 원자로 치환된 알킬기이며, R2는 수소 원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기를 나타냄);
나노 입자 첨가에 의한 내열성, 내마모성 및 발수성 향상 효과와 코팅 조성물의 성능을 고려할 때, 상기 표면 개질된 나노 입자는 나노 입자를 함유하는 전체 코팅 조성물의 고형분 중량에 대하여 1 내지 90 중량%의 양으로 첨가하는 것이 바람직하다. 코팅 조성물 내의 나노 입자의 양이 상기 범위보다 적으면 발수성 향상의 효과를 얻을 수 없고, 상기 범위보다 많으면 코팅 조성물이 고유의 성능을 발휘하는데 장애가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 나노 입자는 유기 실란계열로 표면 개질됨으로써, 분산성이 우수하며, 상분리가 일어나지 않는 안정하고 투명한 코팅 용액을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 유기 실란계 발수성 코팅 조성물에 분산성이 우수한 표면 개질된 나노 입자를 첨가하여 상분리가 일어나지 않는 투명한 코팅 용액을 제조한 후, 코팅 후의 건조 온도 및 시간을 제어하여 코팅막의 투명도 및 접촉각을 조절하는 표면 처리 방법에 관한 것이다. 유기 실란계 발수성 코팅 조성물과 표면 개질된 나노 입자는 상기한 바와 같다.
본 발명의 표면 처리 방법은, 새로운 용액을 제조하지 않고도, 기존의 발수성 코팅 조성물에 분산성이 매우 우수한 표면 개질된 나노 입자를 첨가하고, 코팅 후의 건조 온도 및 건조 시간을 조절함으로써, 형성되는 코팅막의 접촉각을 10 °이상 향상시켜 발수 특성을 강화시킬 수 있고, 코팅막의 투명도를 제어할 수 있다. 본 발명의 표면 처리 방법은 사용되는 발수성 코팅 용액의 성능을 전혀 해치지 않고 매우 간단한 방법으로 형성되는 코팅막의 투명도 및 발수 특성을 조절할 수 있다는 장점을 갖는다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서 사용된 발수성 코팅 조성물은 다음의 화학식 I으로 정의되는 알콕시실란 및 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 유기 실란 화합물이 상기 유기 실란 화합물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20 배의 유기 용매에 용해되어 있는 용액에 산성 또는 염기성 촉매와 물이 첨가되어 상기 유기 실란 화합물이 가수 분해 및 중축합되어 얻어진 반응 생성물; 및 희석제로서 사용되는 유기 용매를 상기 반응 생성물 총중량의 0.1 배 내지 1000 배 의 양으로 포함하는 코팅 조성물이다:
화학식 I
R1 4-xSi(OR2)x
상기 식 중, x는 1에서 4까지의 정수이고, R1은 C1 내지 C12의 알킬기, C3 내지 C10의 시클로알킬기, C6 내지 C15의 아릴기, C1 내지 C12의 불포화 탄화수소 결합을 갖는 알킬기 또는 수소 원자가 플루오로 원자로 치환된 알킬기이며, R2는 수소 원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기를 나타낸다.
상기 화학식 1로 정의되는 유기 실란 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라노멀이소프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라노멀부톡시실란 및 테트라이소부톡시실란 (이상 x=4인 경우); 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노멀프로필트리메톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 노멀프로필트리에톡시실란, 헥실트리에톡시실란,옥틸트리에톡시실란, 데실트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 (이상 x=3인 경우); 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 및 디페닐디에톡시실란 (이상 x=2인 경우); 및 트리메틸메톡시실란, 트리에틸메톡시실 란, 트리메틸에톡시실란 및 트리에틸에톡시실란 (이상 x=1인 경우)을 포함한다.
또한, 상기 유기 실란 화합물을 용해시키는 유기 용매 및 희석제로서 사용되는 유기 용매는 각각 독립적으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 알코올; 초산, 옥살산을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 카르복시산; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화 탄화수소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 포름 아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드; 디메틸술폭사이드를 포함하는 술폭사이드; 아세토니트릴을 포함하는 니트릴; 2-메톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올을 포함하는 알콕시알코올; 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족 탄화수소; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함하는 탄소 원자수 6 내지 8의 불포화 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것이다.
또한, 상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반응이 염산, 질산, 황산 및 인산을 포함하는 무기산; 및 초산 및 옥살산을 포함하는 유기산으로 이루어진 군 중에서 선택된 산성 촉매 하에서 수행되어, 상기 반응 생성물의 pH 가 0 내지 4 로 조절될 수 있다. 또는, 상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반응이 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 암모니아, 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군 중에서 선택된 염기성 촉매 하에서 수행되어, 상기 반응 생성물의 pH 가 10 내지 14로 조절될 수도 있다.
본 발명에서는, 이러한 발수성 코팅 조성물을 기초로하여 코팅시, 형성되는 코팅막의 내열성, 내마모성 및 비점착성을 향상시키기 위한 목적으로 나노 입자를 첨가하였다. 일반적으로 코팅 용액에 나노 입자가 첨가되면서 약간의 상분리가 일어나 불투명한 용액이 만들어지고, 이러한 불투명한 용액을 사용하여 코팅하는 경우에는 불투명한 코팅막이 형성되게 된다. 이러한 불투명한 코팅막 형성의 가장 큰 이유는 첨가한 나노 입자들이 뭉치긴 하되, 균일하게 뭉침으로서 전체 막의 거칠기가 증대되기 때문이다. 그러나, 거시적 측면에서는 오히려 코팅막의 표면의 더욱 매끄럽게 되며, 접촉각 역시 나노 입자를 첨가하지 않은 기본 조성물을 코팅한 것에 비하여 증가하게 된다. 이와 같은 여러 가지 원인들이 복합되어, 상기에서 열거한 특성들이 향상된다.
본 발명에서는, 상기한 바와 같은 특성을 보다 강화시키기 위하여, 상기 첨가되는 나노 입자가 발수성 코팅 용액에 잘 융화되어 우수한 분산성을 갖도록 그 표면을 코팅 용액에 함유된 유기 실란과 유사한 계열의 유기물로 개질시켜 사용함으로써, 상분리가 일어나지 않은 투명한 용액을 제조하며, 이와 같이 제조된 투명한 코팅 용액으로 표면을 코팅한 후, 건조 온도 및 시간의 조절을 통하여 불투명 코팅막 또는 투명 코팅막을 선택적으로 제작하며, 접촉각을 조절하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 표면 개질된 나노 입자가 첨가된 코팅 조성물을 이용하여 딥 코팅법 (dip coating), 스핀 코팅법 (spin coating), 흘림법 (flow coating) 또는 스프레이법 (spray coating) 등에 의하여 모재 표면에 투명하고 균질한 코팅막을 형성한 후, 건조 온도 및 건조 시간을 조절하여 형성된 코팅막의 건 조를 수행한다.
본 발명에 있어서, 각 건조 온도별 또는 그 조합에 따라 불투명도 및 접촉각이 상이한 막이 얻어진다. 보다 구체적으로, 온도가 낮을수록 나노 입자들이 뭉치려고 하는 시간이 충분하므로, 불투명한 코팅막이 형성되고, 그 뭉침의 정도가 크기 때문에 접촉각이 증가하게 된다. 중간 온도에서는 입자가 뭉치려는 경향을 조금 보이다가 건조되어 버리기 때문에 더 이상 뭉치지 못하게 되므로, 코팅 조성물이 모재에서 흘러내리는 방향에 따라 얼룩이 남기도 하며, 투명과 불투명의 중간 정도의 코팅막이 형성되고, 중간 정도의 접촉각이 얻어진다. 한편, 건조 온도가 높을 경우에는 입자들이 뭉쳐질 시간을 주지 않기 때문에, 형성되는 코팅막이 용액 그대로의 투명도를 갖게 되고, 표면이 매우 깨끗하게 되며, 접촉각은 불투명한 막에 비해서는 낮게 나타나지만, 나노 입자를 첨가하지 않은 용액에 비해서는 여전히 높은 값을 갖는다.
상기한 바에 기초하여, 본 발명에 있어서, 상기 건조 온도 및 건조 시간은 원하는 코팅막의 투명도와 물에 대한 접촉각에 따라서 선택하여 건조를 수행한다. 바람직하게는, 상기 건조 온도와 건조 시간은 각각 상온 내지 100 ℃, 및 20분 내지 1 시간범위에서 선택될 수 있다. 또는, 상기 건조 온도를 상온 내지 100 ℃ 범위에서 두 개 이상 선택하고, 상기 둘 이상의 온도에서의 건조 시간의 합이 20분 내지 1시간이 되도록 하여, 형성되는 코팅막의 투명도와 물에 대한 접촉각을 조절할 수도 있다. 예컨대, 상기 건조는 상온, 28℃, 35℃, 50℃ 또는 70℃에서 30분씩 수행하거나, 상기 온도 중 두 가지 이상을 조합하여 총 건조 시간이 30분이 되도록 각 온도에서의 건조 시간을 조합하여 수행할 수 있다. 건조 후에는 100℃ 내지 500℃ 범위에서 10 분 내지 2 시간 동안 열처리를 수행한다.
이하, 하기하는 실시예를 통하여 본 발명의 내용을 보다 상세히 설명하겠으나, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
테트라에톡시실란 10 g, 메틸트리에톡시실란 4.3 g, 옥틸트리에톡시실란 2.0 g 및 에탄올 100 g을 혼합하여 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 0.1 M 염산 수용액 10.3 g을 천천히 첨가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 이소프로판올 200 g으로 희석하여, 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켜 유기 실란계 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 2
테트라에톡시실란 10 g, 메틸트리에톡시실란 4.3 g, 옥틸트리에톡시실란 2.0 g, 및 에탄올 100 g을 혼합하여 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 0.1 M 염산 수용액 10.3g 을 천천히 첨가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 초산 200 g으로 희석하여, 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켜, 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 3
테트라에톡시실란 10 g, 메틸트리에톡시실란 4.3 g, 옥틸트리에톡시실란 2.0 g 및 에탄올 100 g을 혼합하여 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 0.1 M 염산 수용액 10.3 g을 천천히 첨가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 메틸에틸케톤 200 g으로 희석하여, 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켜, 유기 실란계 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 4
테트라에톡시실란 10 g 메틸트리에톡시실란 4.3 g, 옥틸트리에톡시실란 2.0 g 및 에탄올 100 g을 혼합하여 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 0.1 M 염산 수용액 10.3 g을 천천히 첨가하 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 디메틸포름아마이드 200 g으로 희석하여, 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켜, 유기 실란계 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 5
테트라에톡시실란 10 g, 메틸트리에톡시실란 4.3 g, 옥틸트리에톡시실란 2.0 g 및 에탄올 100 g을 혼합하여 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 0.1 M 염산 수용액 10.3 g을 천천히 첨가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻이전 혼합물을 2-에톡시에탄올 200 g으로 희석하여 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켜 유기 실란계 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 6
테트라메톡시실란 10 g, 메틸트리메톡시실란 4.5 g, 페닐트리메톡시실란 2.0 g 및 메탄올 100 g을 혼합하여 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 0.1 M 염산 수용액 14.1 g을 천천히 첨가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 이소프로판올 200 g으로 희석하여, 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켜, 유기 실란계 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 7
테트라에톡시실란 10 g, 메틸트리메톡시실란 3.3 g, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 4.1 g 및 에탄올 100 g을 혼합하여 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 0.1 M 염산 수용액 10.3 g을 천천히 첨가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 2-에톡시에탄올 200 g으로 희석하여, 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켜, 유기 실란계 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 8
테트라메톡시실란 10 g, 옥틸트리메톡시실란 2.7 g, 디메틸디메톡시실란 3.9 g 및 에탄올 100 g을 혼합하여 25 ℃에서 30 분동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 0.1 M 염산 수용액 12.9 g을 천천히 첨가한 후, 25 ℃에서 2 시간동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 2-에톡시에탄올 200 g으로 희석하여 25 ℃에서 24 시간동안 반응을 진행시켜, 유기 실란계 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 9: 무기 입자의 첨가
상기 실시예 1 내지 8에 의하여 제조된 각각의 유기 실란계 코팅 조성물에 메틸 실란으로 표면 개질된 실리카 나노 입자를 상기 조성물의 고형분 100 중량부를 기준으로 30 중량부 첨가하고 혼합하여 상분리가 일어나지 않는 코팅 용액을 얻었다.
실시예 10: 코팅막 형성 및 물성 측정
상기 실시예 9에서 얻어진 코팅 조성물 중 실시예 7의 코팅 조성물에 실리카 나노 입자를 첨가한 코팅 용액을 사용하여 흘림 코팅법으로 에나멜 표면을 코팅한 후 다음의 표 1에 나타낸 건조 온도 및 건조 시간 동안 건조시킨 후, 200 ℃에서 1 시간 열처리하여, 코팅막을 얻었다.
표 1은 상기와 같이 얻어진 코팅 막의 건조 온도 및 건조 시간의 조합에 따른 물에 대한 접촉각, 내마모성, 내열시간 및 투명도를 나타낸 것이다. 한편, 나노 입자가 첨가되지 않은 발수성 코팅 조성물을 이용하여 코팅한 후 25 ℃에서 30분간 건조한 후 200 ℃에서 1 시간 열처리하여 얻어진 코팅막의 물성치를 표 2에 나타내었다.
[표 1]
예비 건조 온도별 샘플 접촉각(°) 내마모성(°) 내열시간 투명도
상온 30분 130 110 100시간 불투명 A
28℃ 30분 123 110 120시간 불투명 B
35℃ 30분 119 112 120시간 반투명 A
상온 10분 + 35℃ 20분 124 118 110시간 불투명+반투명
50℃ 30분 115 109 110시간 반투명 C
70℃ 30분 114 105 110시간 투명
28℃ 10분 + 70℃ 20분 117 108 100시간 반투명+투명
[표 2]
샘플 접촉각(°) 내마모성(°) 내열시간 투명도
기존 코팅 조성물 111 90 30시간 투명
상기 표중에서, 내마모성은 3 kg의 힘으로 3 M 코팅 용기용 수세미 거친 부분으로 1000회 왕복 마찰시킨 후 측정한 코팅막의 접촉각으로 나타내었어며, 접촉각이 높을수록 내마모성이 우수한 것이다. 내열시간은 얻어진 코팅막을 350℃로 연속적으로 가열했을 때, 접촉각이 90℃ 이상을 유지하는 시간을 나타낸 것으로, 이시간이 길수록 내열성이 우수한 것이다.
상기 표로부터, 본 발명의 표면 개질된 나노 입자가 첨가된 코팅 조성물을 이용하여 얻어지는 코팅막이 나노 입자가 첨가되지 않은 경우와 비교하여 발수 성능(접촉각), 내열성 및 내마모성이 우수함을 알 수 있으며, 또한, 건조 온도 및 시간을 조절하여 발수 성능 및 투명도를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅 조성물은 입자를 첨가하여도 투명한 상태를 나타내기 때문에, 입자의 침전이 일어나지 않고 용액의 안정성이 보장된다. 상기 코팅 조성물을 사용하여 얻어진 코팅막은 건조 온도와 건조 시간의 조합에 따라 불투명도와 접촉각이 조절되며, 접촉각 향상으로 인하여 발수 성능이 더욱 우수해지고, 비점착성도 좋아진다. 본 발명의 건조 조건과 나노 입자를 이용하게 되면, 사용하고자 하는 제품이나 용도에 따라서 적당히 그 특성을 조절할 수 있게 되어 그 편리성이 상당히 증대된다. 또한, 나노 입자 첨가로 인하여 내마모성 및 내열성이 증대되어 고온용 전자 제품에의 적용도 가능하다.

Claims (11)

  1. 유기 실란 계열로 표면 개질된 나노 입자를 함유하는 유기 실란계 발수성 코팅 조성물로서,
    상기 유기 실란계 발수성 코팅 조성물은 다음의 화학식 I로 정의되는 알콕시실란 및 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 유기 실란 화합물이 상기 유기 실란 화합물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20 배의 유기 용매에 용해되어 있는 용액에 산성 또는 염기성 촉매와 물이 첨가되어 상기 유기 실란 화합물이 가수 분해 및 중축합되어 얻어진 반응 생성물; 및 희석제로서 사용되는 유기 용매를 상기 반응 생성물 총중량의 0.1 배 내지 1000 배의 양으로 함유하는 것이고;
    상기 유기 실란 계열로 표면 개질된 나노 입자는 다음의 화학식 I로 정의되는 알콕시실란 및 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 유기 실란 화합물로 표면 개질된 것이고, 상기 나노 입자를 전체 코팅 조성물 고형분 중량을 기준으로 1 내지 90 중량%의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물:
    화학식 I
    R1 4-xSi(OR2)x
    (상기 식 중, x는 1에서 4까지의 정수이고, R1은 C1 내지 C12의 알킬기, C3 내 지 C10의 시클로알킬기, C6 내지 C15의 아릴기, C1 내지 C12의 불포화 탄화수소 결합을 갖는 알킬기 또는 수소 원자가 플루오로 원자로 치환된 알킬기이며, R2는 수소 원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기를 나타냄).
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기실란 계열로 표면 개질된 나노 입자가 Al, Si, Sb, Ce, Ti 및 Ag 산화물로 이루어진 군 중에서 선택된 것을 유기 실란 계열 화합물로 표면개질시킨 것인 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화학식 I로 정의되는 유기 실란 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라노멀이소프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라노멀부톡시실란 및 테트라이소부톡시실란 (이상 x=4인 경우); 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노멀프로필트리메톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 노멀프로필트리에톡시실란, 헥실트리에톡시실란,옥틸트리에톡시실란, 데실트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 (이상 x=3인 경우); 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 및 디페닐디에톡시실란 (이상 x=2인 경우); 및 트리메틸메톡시실란, 트리 에틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란 및 트리에틸에톡시실란 (이상 x=1인 경우)으로 구성된 군 중에서 선택된 것인 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기 실란 화합물을 용해시키는 유기 용매 및 희석제로서 사용되는 유기 용매는 각각 독립적으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 알코올; 초산, 옥살산을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 카르복시산; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화 탄화수소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 포름 아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드; 디메틸술폭사이드를 포함하는 술폭사이드; 아세토니트릴을 포함하는 니트릴; 2-메톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올을 포함하는 알콕시알코올; 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족 탄화수소; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함하는 탄소 원자수 6 내지 8의 불포화 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반응이 염산, 질산, 황산 및 인산을 포함하는 무기산; 및 초산 및 옥살산을 포함하는 유기산으로 이루어진 군 중에서 선택된 산성 촉매 하에서 수행되어, 상기 반응 생성물이 pH 0 내지 4 로 조절된 것이거나, 또는 상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반 응이 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 암모니아, 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군 중에서 선택된 염기성 촉매 하에서 수행되어, 상기 반응 생성물이 pH 10 내지 14로 조절된 것인 코팅 조성물.
  6. 다음의 화학식 I로 정의되는 알콕시실란 및 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 유기 실란 화합물이 상기 유기 실란 화합물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20 배의 유기 용매에 용해되어 있는 용액에 산성 또는 염기성 촉매와 물이 첨가되어 상기 유기 실란 화합물이 가수 분해 및 중축합되어 얻어진 반응 생성물, 및 희석제로서 사용되는 유기 용매를 상기 반응 생성물 총중량의 0.1 배 내지 1000 배의 양으로 함유하는 유기 실란계 발수성 코팅 조성물에,
    Al, Si, Sb, Ce, Ti 및 Ag 산화물로 이루어진 군 중에서 선택된 물질이 다음의 화학식 I로 정의되는 알콕시실란 및 아킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 유기 실란 화합물로 표면 개질되어 분산성이 개선된 나노 입자를 전체 코팅 조성물 고형분 중량을 기준으로 1 내지 90 중량%의 양으로 첨가하여 상분리가 일어나지 않는 투명한 코팅 용액을 제조하고:
    화학식 I
    R1 4-xSi(OR2)x
    (상기 식 중, x는 1에서 4까지의 정수이고, R1은 C1 내지 C12의 알킬기, C3 내 지 C10의 시클로알킬기, C6 내지 C15의 아릴기, C1 내지 C12의 불포화 탄화수소 결합을 갖는 알킬기 또는 수소 원자가 플루오로 원자로 치환된 알킬기이며, R2는 수소 원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기를 나타냄);
    상기 얻어진 코팅 용액을 사용하여 원하는 모재의 표면을 코팅한 후, 건조 및 열처리하여 비점착성과 발수성이 우수한 코팅막을 형성시키는 단계를 포함하며,
    이 때, 건조 온도가 낮고 건조 시간이 길수록 형성되는 코팅막의 투명도가 낮아지고 접촉각은 증가하며, 건조 온도가 높고 건조 시간이 짧을수록 코팅막의 투명도가 높아지고 접촉각은 감소하는 것을 이용하여 건조 온도 및 건조 시간을 조절하여 형성되는 코팅막의 투명도 및 접촉각을 조절하는 것을 특징으로 하는,
    투명도와 접촉각이 조절된 코팅막의 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 건조 온도를 상온 내지 100 ℃, 상기 건조 시간을 20분 내지 1 시간 범위에서 선택하여 건조를 수행하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 건조 온도를 상온 내지 100 ℃ 범위에서 두 개 이상 선택하고, 상기 둘 이상의 온도에서의 건조 시간의 합이 20분 내지 1시간이 되도록 하여 건조를 수행하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 화학식 1로 정의되는 유기 실란 화합물이 테트라메톡 시실란, 테트라에톡시실란, 테트라노멀이소프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라노멀부톡시실란 및 테트라이소부톡시실란 (이상 x=4인 경우); 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노멀프로필트리메톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 노멀프로필트리에톡시실란, 헥실트리에톡시실란,옥틸트리에톡시실란, 데실트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 (이상 x=3인 경우); 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 및 디페닐디에톡시실란 (이상 x=2인 경우); 및 트리메틸메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란 및 트리에틸에톡시실란 (이상 x=1인 경우)으로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 유기 실란 화합물을 용해시키는 유기 용매 및 희석제로서 사용되는 유기 용매가 각각 독립적으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 알코올; 초산, 옥살산을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화 탄화수소계 카르복시산; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화 탄화수소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 포름 아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드; 디메틸술폭사이드를 포함하는 술폭사이드; 아세토니트릴을 포함하는 니트릴; 2-메톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올을 포함하는 알콕시알코올; 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족 탄화수소; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함하는 탄소 원자수 6 내지 8의 불포화 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 표면 처리 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반응을 염산, 질산, 황산 및 인산을 포함하는 무기산; 및 초산 및 옥살산을 포함하는 유기산으로 이루어진 군 중에서 선택된 산성 촉매 하에서 수행하여, 상기 반응 생성물의 pH를 0 내지 4 로 조절하거나, 또는 상기 유기 실란 화합물의 가수분해 및 중축합 반응을 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 암모니아, 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군 중에서 선택된 염기성 촉매 하에서 수행하여, 상기 반응 생성물의 pH를 10 내지 14로 조절하여 코팅 용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
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