KR20120028074A - 초친수성 시트의 제조 방법 및 초친수성 시트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 산화물 입자 및 분산액을 포함하는 코팅액을 기재 상에 도포하고, 열처리함으로써, 우수한 친수성 및 자정 기능을 가지면서, 내구성이 뛰어나 외부 환경에 노출되는 경우에도 기능성을 장기간 유지할 수 있는 초친수성 시트의 제조 방법 및 초친수 시트를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 초친수성 시트의 제조 방법 및 초친성 시트에 관한 것이다.
오염되기 쉬운 환경에 방치되어 있는 구조물, 건축물 또는 차량의 외장을 청소잡업에 의하지 않고도 깨끗하게 보존하는 자정 기능에 관한 여러 가지 기술들이 최근 개발되고 있다. 여기서, 자정 기능은 오염을 야기하는 물질이 외장 표면에 부착하려는 결합력을 저하시켜 오염 물질이 외장 표면에 부착되기 어려운 상태 및 친수성으로 말미암아 빗물이 표면에 닿았을 때 넓게 퍼지는 성질을 이용해 오염 물질을 쓸어내려 세척의 효과까지 기대할 수 있게 만드는 기능을 뜻한다.
상기 자정 기능을 위하여, 옥외 환경에 따른 변화가 없는 내구성을 가지는 친수성 시트가 개발되었다.
상기 친수성 시트는 일반적으로 산화티탄과 같은 광촉매를 기재 상에 코팅하여 제조할 수 있으며, 상기 코팅은 스퍼터 코팅법, 졸겔 코팅법 또는 열분해법 등의 방식으로 수행할 수 있다.
스퍼터 방식을 이용한 코팅은 코팅막을 균일하게 제작할 수 있다는 장점이 있지만 표면 요철을 이용한 친수성 코팅막 제조에는 표면 요철의 제어가 어렵다는 단점이 있다.
또한, 열분해 방식의 코팅은 기재 표면이 600℃ 이상으로 유지되는 상태에서 티탄 공급원과 산소 공급원을 함유하는 유체 혼합물과 접촉시킨 뒤 기재 표면에 산화티탄 코팅막을 침착시켜 제조한다. 이렇게 제작된 코팅막은 물리적 및 화학적 성능이 우수하여 야외 환경에 노출 시에도 색상 및 표면 강도 등이 변화하지 않는 특성이 있다. 그러나, 상기 방식은 플로팅 방식의 기재를 생산하는 장비가 갖추어진 경우에 제작이 가능하다는 제한이 있다.
반면 졸겔 코팅법은 스프레이, 딥 또는 스핀 코팅 등 다양한 코팅공정을 통해 제작할 수 있다. 이들은 공통적으로 기재가 성형된 후에 공정으로 용액의 침적 및 분사에 의해 제막되는 것이기 때문에 플로팅 장비 없이 추가적인 공정을 통해 이루어 질 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 이렇게 제작된 코팅막은 내구성이 떨어져 고온의 열처리 공정이 필요하게 되는데, 이 과정에서 친수성 효과를 높여주는 요철 구조와 반응성이 좋은 친수기가 사라진다는 단점이 있다.
본 발명은 금속 산화물 입자 및 분산액을 포함하는 코팅액을 기재 상에 도포하고, 열처리함으로써, 우수한 친수성 및 자정 기능을 가지면서, 내구성이 뛰어나 외부 환경에 노출되는 경우에도 기능성을 장기간 유지할 수 있는 초친수성 시트의 제조 방법 및 초친수 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 금속산화물 입자 및 분산액을 포함하는 코팅액을 기재 상에 도포하는 단계; 및
상기 코팅액이 도포된 기재를 200℃ 내지 350℃에서 열처리하는 단계를 포함하는 초친수성 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 제조 방법에 의해 본 발명에서는 우수한 자정 기능을 가지고, 내구성이 뛰어나 외부 환경에 노출되는 경우에도 기능성을 장기간 유지할 수 있는 초친수성 시트를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 초친수성 시트의 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서 초친수성 시트의 제조 방법은 코팅액을 기재 상에 도포하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 기재의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 유리 기판 또는 스테인리스 스틸 등의 금속 강판; 폴리카보네이트(PC) 등의 고분자 기판; 및 타일 등의 세라믹 기판을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 유리 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 코팅액은 금속 산화물 입자 및 분산액을 포함한다.
상기 금속 산화물 입자는 자신이 가지는 광활성에 의하여 초친수성 시트에 부착된 오염 물질을 분해 및 이탈시켜 자정 기능을 지닐 수 있게 한다.
또한, 본 발명에서 금속 산화물 입자는 도전성을 가지기 때문에, 정전기 대전을 방지하고, 대전에 의한 부유입자의 부착을 방지하는 효과를 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 금속 산화물 입자의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 산화주석, 이산화규소, 산화은, 산화아연 및 이산화인듐 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 일종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 산화주석, 이산화규소 및 산화은으로 이루어진 군으로부터 선택된 일종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 금속 산화물 입자의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 본 발명의 금속 산화물이 산화주석, 이산화규소 및 산화은을 포함할 경우, 그 함량은 산화주석 0.5 중량부 내지 3 중량부, 이산화규소 0.1 내지 3 중량부 및 산화은 0.5 내지 3 중량부일 수 있다. 상기 범위에서 친수성 및 강도가 좋은 초친수성 시트를 제조할 수 있으며, 금속 산화물 입자의 함량이 전술한 범위를 벗어나면, 코팅막의 강도가 약해지거나, 친수성이 약해질 우려가 있다.
본 발명에서, 중량부는 중량 비율을 의미한다.
본 발명의 코팅액에 포함되는 분산액의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 물 및 알코올의 혼합물일 수 있다.
또한, 본 발명의 알코올의 구체적인 종류로는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 메틸알코올, 에틸알코올, 노멀프로필알코올, 이소프로필알코올, 이소부틸알코올, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 일종 이상을들 수 있으며, 본 발명에서는 메탄올을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 분산액의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 본 발명의 분산액이 물 및 알코올을 포함할 경우, 그 함량은 물 70 중량부 내지 95 중량부 및 알코올 5 중량부 내지 20 중량부일 수 있다.
본 발명에서 코팅액은 전술한 성분 외에 백금을 추가로 포함할 수 있다. 상기 코팅액에 백금을 추가로 첨가함으로써, 코팅층의 내약품성이 좋아지고, 대전방지효과가 증대되며, 또한, 밀착성 및 투명성이 증가할 수 있다.
본 발명에서 상기 코팅액에 포함되는 백금의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 금속 산화물로서 산화주석, 이산화규소 및 산화은을 포함하고, 분산액으로서 물 및 알코올포함하고, 백금을 추가로 포함할 경우, 그 함량은 산화주석 0.5 중량부 내지 3 중량부, 이산화규소 0.1 내지 3 중량부 및 산화은 0.5 내지 3 중량부, 물 70 중량부 내지 95 중량부, 알코올 5 중량부 내지 20 중량부 및 백금 0.01 중량부 내지 1 중량부일 수 있다. 본 발명에서 백금의 함량을 상기와 같이 조절함으로써, 대전방지효과, 밀착성 및 투명성이 우수한 초진수 시트를 제공할 수 있다.
본 발명에서 상기 기재 상에 코팅액을 도포하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서는, 예를 들면, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 스핀 코팅 등의 다양한 코팅 방법으로 상기 코팅액의 도포가 수행될 수 있다.
상기 단계에 의해 코팅액이 도포된 기재는 200℃ 내지 350℃에서 열처리하는 단계를 거쳐 초친수성 시트로 제조될 수 있다.
본 발명에서, 열처리를 거친 코팅액은 프랙탈 요철 구조를 형성하게 된다. 상기 프랙탈 요철 구조는 미세한 요철이 균일 또는 불균일하게 형성되어 친수성 또는 발수성을 발현하게 되는 구조를 의미한다. 본 발명에서 상기 프랙탈 요철 구조는 금속 산화물 및 분산액을 도포한 후, 열처리하여 형성할 수 있다.
여기서, 상기 열처리는 250℃ 내지 350℃에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 280℃ 내지 320℃에서 수행될 수 있다.
본 발명에서 상기 열처리 온도가 200℃ 미만이면, 접촉각은 양호하지만, 경도가 낮으므로, 제품의 가공, 운반, 사용시 코팅막의 손상이 발생할 우려가 있으며, 350℃를 초과하면, 접촉각이 커지므로, 자정 기능이 저하될 우려가 있다. 특히, 280℃ 내지 320℃에서 접촉각이 양호하면서도 경도가 높은 초친수 시트를 제조할 수 있다.
본 발명의 초친수 시트의 제조 방법은 기재 상에 코팅액을 도포하기 전에 프라이머층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 프라이머층은 이 분야에서 일반적으로 사용되는 프라이머층을 제한 없이 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 프라이머층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 막대 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 분무 또는 침지 등과 같은 표준 코팅 기술에 의해 수행될 수 있다. 또한, 상기 프라이머층을 중합체 필름 상으로 압출시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 프랙탈 요철 구조를 가지는 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 물과의 접촉각이 20 도 이하이며, 연필경도가 3H 이상인 초친수성 시트에 관한 것이다.
본 발명에서 프랙탈 요철구조는 앞에서 전술한 바와 같이, 미세한 요철이 균일 또는 불균일하게 형성되어 친수성 또는 발수성을 발현하게 되는 구조를 의미한다.
이하, 본 발명의 초친수성 시트를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서 초친수성 시트(100)는 도 1에 나타난 바와 같이, 기재(110) 및 상기 기재(110) 상에 형성된 프랙탈 요철구조를 가지는 코팅층(120)을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 기재의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 유리 기판 또는 스테인리스 스틸 등의 금속 강판; 폴리카보네이트(PC) 등의 고분자 기판; 및 타일 등의 세라믹 기판을 사용할 수 있고, 본 발명에서는 유리 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 사용되는 용도에 따라 그 두께를 적절히 조절 할 수 있다.
본 발명에서 프랙탈 요철 구조를 가지는 코팅층은 상기 기재 상에 형성될 수 있다. 상기 프랙탈 요철 구조를 가지는 코팅층은 앞에서 전술한 코팅액을 열처리 하여 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 코팅층은 금속 산화물 입자를 포함할 수 있다. 본 발명의 초친수성 시트는 상기 금속 산화물 입자가 가지는 광활성에 의하여 코팅층에 부착된 오염물질을 분해이탈시켜 자정 기능을 지닐 수 있게 한다.
또한, 본 발명에서 금속 산화물 입자는 도전성을 가지기 때문에, 정전기 대전을 방지하고, 대전에 의한 부유입자의 부착을 방지하는 효과를 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 금속 산화물 입자의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 산화주석, 이산화규소, 산화은, 산화아연 및 이산화인듐 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 일종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 산화주석, 이산화규소 및 산화은을 사용할 수 있다.
본 발명에서 금속 산화물 입자의 입경은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 2 nm 내지 15 nm일 수 있다. 상기 입경 범위에서 내구성이 뛰어나고 또한 자정 기능이 우수한 코팅층을 얻을 수 있다.
본 발명의 코팅층은 전술한 성분 외에 백금을 추가로 포함할 수 있다. 상기 코팅층에 백금을 추가로 첨가함으로써, 코팅층의 내약품성이 좋아지고, 대전방지효과가 증대되며, 또한, 밀착성 및 투명성이 증가할 수 있다.
본 발명에서 상기 코팅층은 다양한 볼록부 및 오목부를 포함하며 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 요철 구조에서 볼록부의 최대 높이는 약 20 nm 내지 50 nm의 범위에 있을 수 있다. 그러나, 상기 요철 구조의 치수(볼록부의 최대 높이)는 본 발명의 하나의 예시에 불과하며, 본 발명에서는 목적에 따라서 상기 구조의 치수를 다양하게 변경할 수 있다.
본 발명의 프랙탈 요철 구조를 가지는 코팅층은 물과의 접촉각이 20도 이하인 것이 바람직하며, 15도 이하인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에서 상기 접촉각은 도 2 에 나타난 바 와 같이, 초친수성 시트 상에 물방울을 떨어뜨린 후 초친수성 시트와 물방울과의 각도를 측정한 값으로, 상기 접촉각이 작을수록 친수성을 나타내며, 상기 접촉각이 높을수록 발수성을 나타낸다. 본 발명에서는 특히, 상기 접촉각이 110도 내지 180도일 경우 초발수성, 70도 내지 100도일 경우 발수성, 40도 이하일 경우 친수성 및 20도 이하일 경우 초친수성을 가진다고 할 수 있다.
상기 물과의 접촉각이 20도 이하일 때, 초친수성 시트 상에 부착되어 있는 오염물질 밑으로 물이 들어가 오염물질을 뜨게 하여 떨어뜨릴 수 있는 등 자정 기능이 우수한 초친수성 시트를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서 초친수성 시트는 연필경도가 3H 이상인 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 연필경도는 경도가 다른 연필로 초친수성 시트의 코팅층을 선긋기 하여 상기 코팅층의 표면경도를 나타내는 값으로, 본 발명에서는 연필경도를 JIS K-5400 방법에 의해 측정할 수 있다. 상기 연필경도를 3H 이상으로 제어함으로써, 내구성이 우수하며, 제품의 가공, 운반 또는 사용 시 발생되는 코팅막의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 초친수성 시트(100)는 도 3에 나타난 바와 같이. 기재(110) 및 코팅층(120) 사이에 프라이머층(130)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 프라이머층은 기판 위의 거칠기를 개선하고, 코팅층의 접착력 증진을 위해 사용된다.
본 발명에서 프라이머층은 당 업계에서 사용되는 일반적인 프라이머층을 제한 없이 사용할 수 있다.
또한, 상기 프라이머층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 사용되는 목적에 따라 그 두께를 적절히 조절할 수 있다.
본 발명은 우수한 친수성 및 자정 기능을 가지면서, 내구성이 뛰어나 외부 환경에 노출되는 경우에도 기능성을 장기간 유지할 수 있는 초친수 시트의 제조 방법 및 초친수성 시트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 례에 따른 초친수성 시트를 나타낸다.
도 2는 물방울 접촉각을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 초친수성 시트를 나타낸다.
도 4는 열처리 온도에 따른 접촉각을 나타내는 그래프이다.
도 2는 물방울 접촉각을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 초친수성 시트를 나타낸다.
도 4는 열처리 온도에 따른 접촉각을 나타내는 그래프이다.
제조예 1. 코팅액의 제조
물 90 중량부, 산화주석 1 중량부, 이산화규소 1 중량부, 산화은 1 중량부, 메탄올 10 중량부 및 백금 0.1 중량부를 혼합하여 코팅액을 제조하였다.
제조예 2. 초친수성 시트의 제조
두께가 5 mm 내지 6 nm인 유리 기판 상에 실시예 1에의해 제조된 코팅액을 도포한 뒤, 열처리 하여, 프랙탈 요철 구조를 지니는 코팅층을 형성하여 친수성 시트를 제조하였다.
시험예 1. 열처리 온도에 따른 접촉각 검토
제조예 2에서, 열처리 온도를 상온, 150℃, 300℃, 500℃ 및 650℃로 하였다.
상기 열처리 온도에 따른 접촉각을 도 4에 그래프로 나타냈다.
상기 도 4의 그래프에서 볼 수 있듯이, 열처리 온도가 300℃일 때, 물과의 접촉각은 약 10도로 초친수성을 보이고 있으며, 그 외의 온도(상온, 150℃, 500℃ 및 650℃)에서는 접촉각이 20도 이상이므로, 300℃에서 자정 기능이 우수하다.
시험예 2. 열처리 온도에 따른 연필경도 검토
제조예 2에서, 열처리 온도를 상온, 150℃, 300℃, 500℃ 및 650℃로 한 뒤, 코팅층의 연필 경도를 측정하였다.
상기 측정된 연필 경도를 하기 표 1에 나타냈다.
| 열처리 온도(℃) | 연필 경도(H) |
| 상온 | 2 |
| 150 | 2 |
| 300 | 4 |
| 500 | 4 |
| 650 | 8 |
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 열처리 온도가 증가할수록 연필 경도 값도 증가하는 현상을 보이고 있다. 연필 경도가 증가할수록 내구성이 우수해지지만, 도 4에 나타나듯이 접촉각이 커져 자정 기능이 저하되므로, 300℃에서, 내구성 및 자정 기능이 모두 우수한 초친수성 시트를 제조할 수 있다.
100 : 초친수 유리 110 : 기재
120 : 프랙탈 요철 구조를 가지는 코팅층
130 : 프라이머층 a : 물과의 접촉각
120 : 프랙탈 요철 구조를 가지는 코팅층
130 : 프라이머층 a : 물과의 접촉각
Claims (15)
- 금속 산화물 입자 및 분산액을 포함하는 코팅액을 기재 상에 도포하는 단계; 및
상기 코팅액이 도포된 기재를 200℃ 내지 350℃에서 열처리하는 단계를 포함하는 초친수성 시트의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
금속 산화물 입자는 산화주석, 이산화규소 및 산화은으로 이루어진 군으로부터 선택된 일종 이상인 초친수성 시트의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
분산액은 물 및 알코올의 혼합물인 초친수성 시트의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
코팅액은 백금을 추가로 포함하는 초친수성 시트의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
코팅액이 산화주석 0.5 중량부 내지 3 중량부, 이산화규소 0.1 내지 3 중량부 및 산화은 0.5 내지 3 중량부, 물 70 중량부 내지 95 중량부, 알코올 5 중량부 내지 20 중량부 및 백금 0.01 중량부 내지 1 중량부 포함하는 초친수성 시트의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
코팅액의 도포는 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 스핀 코팅에 의해 수행되는 초친수성 시트의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
열처리는 280℃ 내지 320℃에서 수행되는 초친수성 시트의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
기재 상에 코팅액을 도포하기 전에 프라이머층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 초친수성 시트의 제조 방법.
- 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 프랙탈 요철 구조를 가지는 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 물과의 접촉각이 20 도 이하이며, 연필경도가 3H 이상인 초친수성 시트.
- 제 9 항에 있어서,
기재는 유리 기판인 초친수성 시트.
- 제 9 항에 있어서,
코팅층은 금속 산화물 입자를 포함하는 초친수성 시트.
- 제 11 항에 있어서,
금속 산화물 입자의 입경은 2 nm 내지 15 nm인 초친수성 시트.
- 제 11 항에 있어서,
코팅층은 백금을 추가로 포함하는 초친수성 시트.
- 제 9 항에 있어서,
프랙탈 요철 구조에서 볼록부의 최대 높이는 20 nm 내지 50 nm인 초친수성 시트.
- 제 9 항에 있어서,
기재 및 코팅층 사이에 형성된 프라이머층 추가로 포함하는 초친수성 시트.
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- 2010-09-14 KR KR1020100090058A patent/KR101591107B1/ko not_active IP Right Cessation
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