KR20120013559A - 초음파 코팅 방법 및 코팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코팅하고자 하는 대상을 코팅 용액에 침지시키는 단계; 및 상기 코팅 용액에 초음파 처리를 수행하는 단계를 포함하는 초음파 코팅 방법 및 코팅 장치를 제공한다.

Description

초음파 코팅 방법 및 코팅 장치{COATING METHOD AND COATING DEVICE USING ULTRASONICS WAVE}
본 발명은 초음파 코팅 방법 및 코팅 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 철재, 목재, 플라스틱 등과 같은 다양한 재질의 표면에 적용될 수 있으며, 종래 코팅 방법에 비해, 도막의 밀착성, 균일성 및 내구성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 코팅 방법 및 코팅 장치에 관한 것이다.
예로부터, 제품에 내오염성, 방청성, 내구성, 내수성 등과 같은 여러가지 성능을 부여하고, 제품 표면을 스크래치 등으로 보호하기 위한 방법으로, 제품 표면에 도료를 코팅하여 도막을 형성하는 기술이 알려져 있다.
일반적으로 사용되는 도막 형성 기술은, 코팅 용액을 제품 표면에 도포한 후, 건조시키는 도포법, 코팅하고자 하는 제품을 도금 욕조에 침지시킨 후 전류를 인가하여 도금층을 형성하는 도금법, 스퍼터링이나 CVD법과 같은 증착법 등을 들 수 있다.
이중 도금법이나 증착법은 도포법에 비해 코팅막의 밀착성이 우수하다는 장점은 있으나, 설비 비용이 높고, 공정이 복잡하며, 사용가능한 재료가 한정되어 있다는 문제점이 있다. 한편, 도포법은 공정이 단순하여 손쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있으나, 도막 밀착성이 떨어진다는 문제점이 있다.
한편, 종래에는 도막 형성을 위한 도료 조성물로 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지 등과 같은 유기 수지를 주성분으로 하는 유기 도료를 주로 사용하여 왔다. 그러나, 이러한 유기 도료들은 가공성, 접착성, 유연성 등이 우수하다는 장점이 있으나, 도막을 형성하는 유기물이 자외선에 의해 변질되기 쉽고, 수분 흡수에 의한 도막의 열화가 일어나는 등 내구성이 떨어지며, 내열성이 낮고, 도막에 기름과 같은 유기 물질이 부착하는 경우 도막 내로 혼입되어 도막 표면의 오염을 야기하기 쉽다는 문제점이 있었다. 또한, 유기 도료의 경우, 도료 제조시 또는 도막 형성시에 유해한 유기 휘발분이 발생하여 대기를 오염시키는 원인이 됨은 물론, 작업환경을 악화시키는 원인이 되었다. 나아가, 일단 도막이 형성되면 도막이 자연적으로 분해되지 않아 산업 폐기물을 발생시키기 때문에 환경적으로도 바람직하지 않다.
최근에는 이러한 유기 도료의 단점을 극복하기 위해, 세라믹, 변성 실리콘, 물유리와 같은 무기 성분을 이용한 도료 개발이 적극적으로 시도되고 있다. 이러한 무기 성분을 이용한 도료들은 유기 도료에 비해 자외선이나 수분 흡수에 대한 저항성이 우수하며, 내구성이 강하고, 유기 물질과의 상용성이 나쁘기 때문에 오염에 강하며, 유독성 유기 물질을 거의 사용하지 않기 때문에 친환경적이라는 장점이 있다.
이러한 무기 성분들 중에서, 특히 물유리는 저가이고, 접착성 및 난연성이 우수하여, 무기 도료의 주성분으로 폭넓게 이용되고 있다. 그러나, 물유리는 친수성이기 때문에 장 시간 물에 노출될 경우, 도막이 쉽게 손상된다는 문제점이 있으며, 그 결과 내수성이 요구되는 분야에는 사용이 제한되어 왔다. 또한, 경화를 위해 고온이 요구되는 등 도막 형성이 쉽지 않아 상용화에 제약이 되고 있다.
특히, 나트륨 실리케이트계의 물유리의 경우에 있어서, 시판되는 물유리 중 가장 많이 사용되는 물유리 3호는 통상 몰비가 3.0 내지 3.4정도이며, 몰비가 가장 높은 물유리 4호의 경우에도 3.4 정도이다. 물유리의 몰비는, 예를 들어, 나트륨 실리케이트에 있어서, (SiO2/Na2O의 중량비×1.032)로 계산할 수 있으며, 포타슘실리케이트의 경우에는 (SiO2/K2O의 중량비×1.568)로 계산할 수 있는데, 물유리의 몰비가 1:3이라 함은 물유리 100중량부에 대하여, Na2O가 10중량부이고, SiO2가 30중량부임을 나타낸다. 이와 같은 시판되는 물유리를 사용하여 도막을 형성하는 경우에는 상기한 바와 같이 충분한 내수성을 나타내지 못한다.
그러나, 물유리의 몰비가 4.0을 넘는 경우에는 도막 형성시 우수한 내수성을 얻을 수 있으나, 이러한 높은 몰비를 갖는 물유리를 사용하는 경우에는 용액의 점도가 매우 높고, 용액이 불안정하여 쉽게 겔화되는 등, 작업성이 극히 불량하다. 그래서, 종래에는 물유리의 몰비를 높여 내수성을 확보하면서 용액안정성을 동시에 만족시키는 물유리를 얻은 도료 조성물이 사용되지 않았으며, 내수성이 떨어지더라도 용액안정성을 보다 중시하여 물유리의 농도를 높여서 사용한 예가 없었다.
한편, 리튬 실리케이트는 높은 몰비를 가지면서도 용액안정성을 유지하는 성질을 가지나, 가격이 나트륨 실리케이트에 비하여 현저히 높아 비용 상승을 초래하는바, 적어도 이와 유사하거나, 보다 우수한 성질을 가지면서도 보다 저렴한 물유리 도료 조성물의 공급이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도막 코팅 시에 초음파 처리를 수행함으로써, 도막 밀착성, 내구성 및 내스크래치성을 향상시킬 수 있는 새로운 코팅 방법 및 코팅 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 코팅 용액으로 특정 조성의 물유리 조성물을 사용함으로써, 내수성, 내구성, 내오염성, 밀착성 등의 특성이 우수한 도막을 형성할 수 있도록 한다.
이를 위해 본 발명은 코팅하고자 하는 대상을 코팅 용액에 침지시키는 단계; 및 상기 코팅 용액에 초음파 처리를 수행하는 단계를 포함하는 초음파 코팅 방법을 제공한다.
이때, 상기 코팅하고자 하는 대상은 금속, 플라스틱 또는 목재 재질일 수 있다.
한편, 상기 코팅 용액은 수용성 아크릴, 수용성 에폭시, 수용성 실리콘 또는 이들의 혼합물을 포함하는 코팅 용액이거나, 또는 물유리 100중량부, 실란 화합물 5 내지 30중량부, 실리카 4 내지 30중량부 및 용매 5 내지 300중량부를 포함하는 조성물일 수 있다. 이때, 상기 물유리는 포타슘 실리케이트계 물유리, 리튬 실리케이트계 물유리, 소듐 실리케이트계 물유리 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 코팅 용액은 붕산 화합물 2 내지 12중량부를 더 포함할 수 있으며, 필요에 따라 아크릴 및/또는 실리콘를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 상기 초음파 처리는 28 내지 100kHz 주파수로 30분 내지 120분 정도 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 코팅 방법은 상기 코팅하고자 하는 대상을 코팅 용액에 침지시키는 단계 이전에, 상기 코팅하고자 하는 대상의 표면의 이물 또는 오물을 제거하는 세척하는 세척 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 세척 단계는 세척수에 상기 코팅하고자 하는 대상을 침지시킨 후, 초음파 처리하는 초음파 세척으로 수행되는 것이 바람직하며, 상기 초음파 세척은 28 내지 100kHz 주파수로 30분 내지 60분 정도 수행될 수 있다.
한편, 다른 측면에서 본 발명은 코팅 용액을 저장하는 탱크; 및 상기 탱크의 내부에 배치되며, 초음파를 발생시키는 초음파 발생기를 포함하는 초음파 코팅 장치를 제공한다. 이때, 상기 코팅 용액은 수용성 아크릴, 수용성 에폭시, 수용성 실리콘 또는 이들의 혼합물을 포함하는 코팅 용액이거나, 또는 물유리 100중량부, 실란 화합물 5 내지 30중량부, 실리카 4 내지 30중량부 및 용매 5 내지 300중량부를 포함하는 조성물일 수 있다.
본 발명의 초음파 코팅 방법은 공정이 간단하고, 동시에 여러 개의 물품을 코팅할 수 있기 때문에 생산성이 높다.
또한, 본 발명의 초음파 코팅을 이용하여 형성된 도막의 경우, 재질에 상관없이 높은 표면 밀착성을 보이며, 내오염성, 내스크래치성, 내구성, 내수성 등도 우수한 것으로 나타났다.
도 1은 종래의 방법에 의해 도막이 코팅된 제품의 표면을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 방법에 의해 도막이 코팅된 제품의 표면을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 코팅 장치의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 코팅 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명자들은 간단하면서도 생산성이 우수하고, 도막 밀착력이 우수한 도막의 코팅 방법을 개발하기 위해 연구를 거듭한 결과, 코팅 수행시에 초음파 처리를 병행하면 밀착성 및 내구성이 우수한 도막을 형성할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 코팅 방법은 (1)코팅하고자 하는 대상을 코팅 용액에 침지시키는 단계; 및 (2)상기 코팅 용액에 초음파 처리를 수행하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 코팅하고자 하는 대상은, 그 표면 재질이 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 알루미늄, 철, 마그네슘과 같은 금속, 플라스틱, 콘크리트 또는 목재 재질일 수 있다. 일반적으로, 코팅 용액 성분과 코팅 대상 물품의 표면 재질에 따라 도막 밀착성에 차이가 생기기 마련이나, 본 발명의 코팅 방법의 경우, 표면 재질이나 코팅 용액 성분에 무관하게 충분한 밀착력을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 전체적으로 균일한 도막을 형성할 수 있다. 이는 초음파 처리에 의해 코팅 용액 내부의 분자들이 진동하면서, 코팅 대상 물품의 표면 요철 내에 잔류하는 물 입자나 공기 입자들을 밀어내고, 그 자리에 코팅 용액 분자들이 인입되거나, 또는 초음파 진동에 의해 코팅 용액 분자들이 요철 내부에 잔류해 있는 물 입자 등과 결합을 형성하기 때문인 것으로 판단된다.
도 1은 종래의 코팅 방법에 의해 도막이 형성된 제품의 표면을 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 코팅 대상 물품의 표면(10)은 육안으로 보기에 매끄러워보일지라도 현미경으로 보면 제품 표면이 평탄하지 않고, 수많은 요철들(10a)로 이루어져 있다. 한편, 이러한 요철들(10a) 사이에는 물 입자(W)나 공기 입자들이 잔류할 수 있으며, 도막(30')은 상기 요철의 철(凸)부 위부분에 형성된다. 이와 같이, 종래의 코팅 방법에 의해 형성된 도막은 표면의 모든 부분에 밀착 형성되지 않고, 철(凸)부 위에 얹어진 형태로 형성되기 때문에, 표면 밀착력이 떨어진다. 여기에 요철 사이에 잔류한 물 입자나 공기 입자가 외부 온도 상승에 의해 팽창되면서 도막을 밀어올리는 힘(WG)이 발생하기 때문에, 도막이 부분적으로 들뜨거나, 박리되는 현상(30'b)이 발생할 수 있으며, 도막의 일부가 깨지는 크랙(30'a)이 발생한다. 이러한 들뜸이나 크랙 현상이 발생할 경우, 그 틈으로, 먼지나 수분 등이 유입될 수 있기 때문에, 도막 형성을 통해 얻고자 하는 내수성, 내구성, 방청성, 내오염성 등과 같은 효과를 충분히 얻을 수 없다.
한편, 도 2에는 본 발명의 방법에 의해 도막이 형성된 제품의 표면(1)이 도시되어 있다. 본 발명과 같이, 코팅 수행시 초음파 처리를 병행하면, 코팅 용액 내의 분자들이 초음파에 의해 진동하면서, 코팅 대상 물품의 표면과 충돌하게 되고, 이러한 충돌이 거듭되면서, 코팅 용액 분자들이 요철 내에 잔류하는 물 입자 등과 혼합되면서 결합을 형성하거나, 또는 코팅 용액의 비중이 높은 경우라면, 코팅 용액 분자들이 요철 내의 물 입자 등을 밀어내고, 그 자리에 인입되어, 도 2에 도시된 바와 같이, 요철 사이 사이까지 도막(30)이 형성되게 된다. 따라서, 도막 밀착성이 종래에 비해 현저히 우수해질 뿐 아니라, 요철 사이에 잔류되어 있는 물 입자나 공기 입자에 의해 발생되는 들뜸이나 크랙 발생이 없기 때문에 내구성, 방청성 등의 효과도 매우 우수해진다. 또한, 도막의 치밀도도 높아진다.
한편, 상기 초음파 처리는 28 내지 100kHz 주파수로 30분 내지 120분 정도 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 코팅 방법은 상기 침지 단계 이전에 선택적으로, 코팅하고자 하는 대상을 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 세척 단계는 코팅 대상 물품의 표면에서 이물질이나 오염물질을 제거하기 위한 것으로, 초음파 세척으로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 세척 단계는 코팅 대상 물품을 세척수에 침지시킨 다음, 초음파를 발생시키는 방법으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 세척수는 물일 수 있다. 이와 같은 초음파 세척을 실시할 경우, 코팅 대상 물품 표면의 오물이나 이물을 제거할 수 있을 뿐 아니라, 물품 표면의 미세 요철에 잔류한 물이나 공기 입자도 제거되기 때문에, 보다 밀착력있는 도막을 형성할 수 있다.
이때, 상기 초음파 세척은 28 내지 100kHz 주파수로 30분 내지 60분 정도 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 사용되는 코팅 용액은 초음파에 의해 코팅 용액 내부의 분자들이 진동할 수 있도록 액상 형태이면 되고, 그 성분이 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 코팅 용액으로는 당해 기술 분야에서 제품 표면에 도막을 형성하기 위해 사용되는 다양한 코팅 용액들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 코팅 용액으로는 수용성 아크릴, 수용성 에폭시, 수용성 실리콘 또는 이들의 혼합물을 포함하는 코팅 용액을 사용할 수 있다.
한편, 이로써 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 코팅 용액으로 (a)물유리, (b)실란 화합물 (c)실리카 및 (d)용매를 포함하는 조성물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이때, 상기 코팅 용액은 선택적으로 (e)붕산 화합물을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 코팅 용액으로 상기와 같은 조성물을 사용할 경우, 일반적인 코팅 용액을 사용하는 경우에 비해 우수한 특성을 갖는 도막을 형성할 수 있다는 장점이 있다.
이때, 상기 (a)물유리는 알카리 금속이 실리카(SiO2)와 다양한 몰비로 결합한 알카리 금속 규산염 화합물의 수용액을 의미하는 것으로, 규사와 소다회의 혼합물을 1,300~1,500℃에서 용융해서 생긴 것을 저압 증기 솥에서 처리하면 얻을 수 있다. 나아가, 시중에 시판되고 있는 물유리를 사용하여도 좋다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 물유리로는 소듐 실리케이트계 물유리, 포타슘 실리케이트계 물유리, 리튬 실리케이트계 물유리 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 물유리 성분은 난연성, 내오염성 및 내구성 등이 우수하기 때문에, 이를 포함하는 조성물을 이용하여 도막을 형성할 경우, 난연성, 내오염성 및 내구성이 우수한 도막을 얻을 수 있다. 다만, 물유리는 친수성이기 때문에, 물에 노출될 경우 용해되어 도막이 손상되기 쉽다는 문제점이 있다. 따라서, 도막의 내수성을 향상시키기 위해, 본 발명에서는 물유리에 실리카를 첨가하여 물유리의 몰비를 높임으로써 도막의 내수성을 확보하고, 동시에 몰비가 높은 경우에 나타나는 용액의 겔화로 인한 도료 조성물의 작업성 저하를 방지하고자 한다.
한편, 본 발명의 코팅 용액 조성물은 실리카를 포함한다. 상기 실리카는 물유리의 몰비를 높이기 위한 것으로서, 실리카의 함량에 따라 물유리의 몰비를 조절할 수 있다. 물유리의 몰비를 높임으로써 얻어지는 도막의 내수성을 향상시킬 수 있고, 나아가, 조성물 내의 고형분의 함량을 증가시켜 도막의 치밀성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서 적합한 실리카는, 예를 들면, 콜로이달 실리카 또는 마이크로 실리카 등을 들 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 코팅 용액 조성물은 실리카를 포함함으로써 몰비가 높은 물유리를 얻을 수 있으며, 바람직하게는 상기 물유리의 몰비는 4.0 초과, 6.0 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 물유리의 몰비를 높임으로써 우수한 내수성을 가짐은 물론, 사용 중 또는 보관상 용액안정성이 우수하며, 나아가, 난연성이 우수하며, 내오염성, 즉, 도막에 부착한 오염물을 물로 용이하게 제거할 수 있는 우수한 성질을 갖는 도막을 형성할 수 있다.
이를 위해 물유리가 소듐 실리케이트계 물유리를 사용하는 경우에는 상기 실리카는 물유리 100중량부에 대하여 4 내지 30중량부 범위의 함량으로 첨가하는 것이 바람직하며, 물유리가 포타슘 실리케이트인 경우에는 4 내지 20중량부 범위의 함량으로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리카의 함량이 상기 각각의 범위보다 적으면 물유리의 몰비를 충분히 높일 수 없어 본 발명에서 얻고자 하는 내수성 향상의 효과를 충분히 얻을 수 없다. 실리카의 상한은 특별히 한정하지 않으며, 사용되는 물유리의 몰비에 따라 실리카의 함량을 적절하게 조절할 수 있다.
다만, 단순히 물유리에 수용성 분말 실리케이트를 혼합하는 경우에도 물유리의 몰비를 높일 수는 있으나, 이에 의해 얻어진 코팅 용액 조성물은 점도가 높고 급속한 겔화 현상 등으로 인해 도료로서의 용액안정성을 얻을 수 없다. 따라서, 본 발명에 있어서, 상기 실리카는 수용액 상태로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 코팅 용액 조성물은 실란화합물을 포함한다. 상기 실란화합물은 코팅 용액 조성물 내의 물유리와 이에 첨가되는 실리카나 붕산화합물 등의 무기물과의 결합을 유도하여 물유리의 몰비를 상승시키는 역할을 한다. 나아가, 실란화합물을 포함함으로써 도막 밀착성을 향상시킬 수 있다.
상기 실란화합물은 물유리 100중량부에 대하여 5-30중량부의 함량을 갖는 것이 바람직하다. 상기 실란화합물이 5중량부 미만이면 물유리와 실리카를 충분히 결합시킬 수 없어 조성물 내의 물유리의 엉김현상을 충분히 방지할 수 없으며, 치밀한 도막을 얻을 수 없다. 한편, 30중량부를 초과하는 경우에는 실란화합물의 첨가로 인해 얻을 수 있는 효과의 추가적 상승을 기대할 수 없는바, 경제적으로 바람직하지 않다. 한편, 본 발명의 실란화합물은 물과 혼합하여 수용액 상태로 사용할 수도 있다.
본 발명의 코팅용액 조성물에 사용할 수 있는 실란화합물은, 이로써 한정되는 것은 아니나, 실리식산(Silicic acid), 실록산(siloxane), 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane; TMOS), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane; TEOS), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxy silane), 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, γ-(메타크릴옥시프로필)트리메톡시실란, γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시드옥시프로필메틸디에톡시실란, N-β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란 및 트리스-[3-(트리메톡시실릴)프로필]이소시아네이트 또는 이들의 가수분해물을 사용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 용매로는 물이 사용될 수 있으며, 그 함량은 물유리 100중량부에 대하여 5 내지 300중량부인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 코팅 용액 조성물은 상기 성분들 이외에 붕산화합물을 포함할 수 있다. 상기 붕산화합물은 도막의 내수성을 더욱 향상시키고, 난연성을 향상시키는 역할을 하며, 나아가, 도막에 스크래치 등의 외부 충격이 가해질 경우에 도막 표면이 쉽게 부스러지는 현상을 방지할 수도 있다.
상기 붕산화합물은 물유리 100중량부에 대하여 2-12중량부 포함할 수 있다. 붕산 화합물의 함량이 2중량부 미만이면 붕산화합물의 첨가로 인해 얻어지는 효과가 미미하고, 12중량부를 초과하는 경우에는 코팅 용액 조성물에서 물유리를 경화시켜 용액안정성을 저해할 우려가 있는바, 상기 범위 내에서 붕산화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 붕산화합물은 물에 용해하여 수용액 상태로 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 붕산화합물은 물에 대한 용해도가 낮아 물유리와의 혼합이 곤란하며, 물유리를 경화시켜 용액안정성을 저하시키는 작용을 한다. 따라서, 붕산화합물은 수용액 상태로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 붕산화합물은 붕산, 붕사 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 붕산은, 예를 들면, 오르토붕산, 메타붕산, 사붕산, 붕산메틸, 붕산에틸, 붕산 에스테르 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 붕산과 붕사 혼합물을 사용하는 경우에 보다 많은 양의 붕산화합물을 물에 용해시킬 수 있으며, 붕산과 붕사의 혼합비는 1-4:1-4의 혼합비를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 상기 본 발명의 코팅 용액 조성물에 있어서, 물유리의 몰비는 4.0 초과 내지 6.0 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 높은 몰비를 갖는 물유리 조성물을 코팅 용액으로 사용할 경우, 사용 중 또는 보관 상에 있어서, 용액안정성이 우수하며, 나아가, 내수성, 난연성, 내오염성 등이 우수한 도막을 형성할 수 있다.
한편, 필수적인 것은 아니나, 본 발명의 상기 코팅 용액에는 실리콘 및/또는 아크릴 수지가 추가로 포함될 수 있다.
이때, 상기 실리콘은 조성물 내의 고형분 성분을 증가시키기 위한 것으로, 물유리 100중량부에 대하여 0.3 내지 15중량부의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 함량이 0.3중량부 미만이면 실리콘 첨가에 의한 효과가 미미하고, 15중량부를 초과할 경우, 조성물 용액의 안정성을 저하시키기 때문이다.
또한, 상기 아크릴 수지는 균열 방지 및 접착을 위한 것으로, 이로써 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 부틸메타아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 스틸렌아크릴모노머 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 한편, 상기 아크릴의 함량은 물유리 100중량부에 대하여 0.5 내지 100중량부 정도인 것이 바람직하다. 아크릴의 함량이 0.5중량부 미만인 경우에는 균열 및 부착성 향상 효과가 미미하고, 100중량부를 초과할 경우에는 내오염성이 떨어지기 때문이다.
또한, 본 발명의 코팅 용액에는, 용액의 저장안정성, 도장작업성, 최종도막의 균형성(Levelling) 등의 향상을 위해 나트라졸(Natrazol), CMC 등을 추가로 첨가할 수 있으며, 증점제를 추가로 첨가할 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 코팅 용액을 이용하여 도막을 형성할 경우, 종래의 물유리를 주성분으로 하는 도료 조성물들과는 달리, 물에 용해되지 않는 도막을 형성할 수 있어, 물에 대한 노출이 잦은 적용처에도 제약없이 사용될 수 있으며, 난연성, 내오염성, 접착성 등의 특성이 우수한 도막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명과 같은 물유리 조성물을 포함하는 코팅 용액을 이용하여 도막을 형성할 경우, 도막 형성 과정에서 물유리 분자 내에 함유되어 있던 수분 중 일부가 증발되면서, 도 2이 도시된 바와 같이, 실리카 분자(P)들 사이에 미세 기공(32)이 형성된다. 이러한 미세 기공은 그 크기가 수 나노미터 정도로, 크기가 10㎛ 정도인 물 분자는 상기 미세 기공을 통과할 수 없으나, 기체 분자는 기공을 통과할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 형성된 도막은 통기성을 갖게 된다. 이처럼 도막에 미세 기공(32)이 형성되어 있을 경우, 초음파 처리에 의해서도 빠져나가지 않고, 잔류하는 물 분자 또는 공기 분자 등이 있다고 해도, 기체화된 물 분자가 미세 기공(32)을 통해 외부로 빠져나가게 되므로, 기체 팽창에 의한 도막 박리가 발생하지 않으며, 따라서, 우수한 도막 밀착력을 유지할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에는 본 발명의 코팅 장치의 일 실시예가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 코팅 장치는 코팅 용액(130)을 저장하는 탱크(110)와, 및 상기 코팅 용액(130)에 초음파를 발생시키는 초음파 발생기(120)를 포함한다.
이때, 상기 탱크(110)는 코팅 용액(130)을 수용할 수 있는 것이면 되고, 특별히 한정되지는 않는다.
또한, 상기 초음파 발생기(120)는 상기 탱크(110)의 하면 및/또는 측면에 배치될 수 있으며, 탱크의 용량을 고려하여 적절한 개수로 사용될 수 있다. 한편, 도 3 및 도 4에는 탱크의 내벽에 초음파 발생기가 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 탱크의 용량 등을 고려하여, 상기 탱크의 내부나 외부에 적절히 배치될 수 있다.
상기와 같은 코팅 장치를 이용할 경우, 탱크 내에 코팅하고자 하는 제품을 침지시킨 다음 초음파를 발생시키는 간단한 방법으로 도막을 형성할 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 코팅 대상 물품을 코팅 용액에 바로 투입할 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 그물망이나 바구니 같은 수납 용기(150)에 코팅 대상 물품을 담은 다음, 이를 코팅 용액를 투입할 수도 있다.
한편, 본 발명의 코팅 장치를 이용하여 도막을 형성할 경우, 탱크 내에 제품을 여러 개 투입하여도, 초음파에 의해 코팅 용액이 진동하면서 제품들 사이 사이로 침투되기 때문에, 모든 제품의 표면에 균일한 도막을 형성할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더 자세히 설명한다.
실시예
초음파 발생기가 구비된 욕조에 물을 담고, 시료 철판을 침지시킨 다음, 1시간 정도 40kHz로 초음파 세척을 수행하였다. 그런 다음, 상기 철판은 상온에서 건조시켰다. 건조가 완료된 다음, 초음파 발생기가 구비된 욕조에 나트륨 실리케이트 100중량부, γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란 20중량부, 실리카 20중량부 및 물 130중량부로 이루어진 코팅 용액을 담고, 상기 철판을 침지시킨 다음 1시간 정도 40kHz로 초음파 처리를 수행한 후, 이를 건조시켜 철판 표면에 도막을 형성하였다.
비교예
욕조에 나트륨 실리케이트 100중량부, γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란 20중량부, 실리카 20중량부 및 물 130중량부로 이루어진 코팅 용액을 담고, 시료 철판을 1시간 동안 침지시킨 다음, 건조시켜 철판 표면에 도막을 형성하였다.
실험예
커터나이프로 상기 비교예 및 실시예에 의해 형성된 도막을 1mm 간격으로 가로×세로=10개×10개씩 바둑판 눈 모양으로 그어, 총 100개 영역을 형성한 후, 셀로판 접착 테이프를 상기 도막 위에 붙였다 떼어내었을 때 박리되는 영역의 개수로 도막 밀착성을 측정하였다.
실시예의 도막의 경우, 박리되는 영역의 개수가 3~4개 정도에 불과하였으나, 비교예의 도막은 박리되는 영역의 개수가 20개 정도였다.
상기 실험예에 의해 알 수 있듯이, 코팅 시에 초음파 처리를 수행할 경우, 초음파 처리가 없는 코팅에 비해, 도막의 밀착력이 매우 우수해진다.
10, 10': 제품 표면
30, 30': 도막
30'a: 크랙
30'b: 도막 들뜸
32: 미세 기공
W: 수분 입자
P: 실리카 입자
110: 탱크
120: 초음파 발생기
130: 코팅 용액
140: 코팅하고자 하는 물품
150: 수납용기

Claims (17)

  1. 코팅하고자 하는 대상을 코팅 용액에 침지시키는 단계; 및
    상기 코팅 용액에 초음파 처리를 수행하는 단계를 포함하는 초음파 코팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅하고자 하는 대상은 금속, 플라스틱 또는 목재 재질인 초음파 코팅 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 용액은 수용성 아크릴, 수용성 에폭시, 수용성 실리콘 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 초음파 코팅 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 용액은 물유리 100중량부, 실란 화합물 5 내지 30중량부, 실리카 4 내지 30중량부 및 용매 5 내지 300중량부를 포함하는 초음파 코팅 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 물유리는 포타슘 실리케이트계 물유리, 리튬 실리케이트계 물유리, 소듐 실리케이트계 물유리 또는 이들의 혼합물인 초음파 코팅 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 코팅 용액은 붕산 화합물 2 내지 12중량부를 더 포함하는 초음파 코팅 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 용액은 아크릴, 실리콘 또는 그 혼합물을 더 포함하는 초음파 코팅 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 처리는 28 내지 100kHz 주파수로 30분 내지 120분 정도 수행되는 초음파 코팅 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코팅하고자 하는 대상을 코팅 용액에 침지시키는 단계 이전에, 상기 코팅하고자 하는 대상의 표면의 이물 또는 오물을 제거하는 세척하는 세척 단계를 더 포함하는 초음파 코팅 방법.
  10. 제9항에 있어서.
    상기 세척 단계는 세척수에 상기 코팅하고자 하는 대상을 침지시킨 후, 초음파 처리하는 초음파 세척으로 수행되는 초음파 코팅 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 초음파 세척은 28 내지 100kHz 주파수로 30분 내지 60분 정도 수행되는 초음파 코팅 방법.
  12. 코팅 용액을 저장하는 탱크; 및
    상기 코팅 용액에 초음파를 발생시키는 초음파 발생기를 포함하는 초음파 코팅 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코팅 용액은 수용성 아크릴, 수용성 에폭시, 수용성 실리콘 또는 이들의 혼합물을 포함하는 초음파 코팅 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 코팅 용액은 물유리 100중량부, 실란 화합물 5 내지 30중량부, 실리카 4 내지 30중량부 및 용매 5 내지 300중량부를 포함하는 초음파 코팅 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 물유리는 포타슘 실리케이트계 물유리, 리튬 실리케이트계 물유리, 소듐 실리케이트계 물유리 또는 이들의 혼합물인 초음파 코팅 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 코팅 용액은 붕산 화합물 2 내지 12중량부를 더 포함하는 초음파 코팅 장치.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 용액은 아크릴 수지, 실리콘 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는 것인 초음파 코팅 장치.
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