KR20130117407A - 내알칼리성 코팅층의 제조방법 - Google Patents

내알칼리성 코팅층의 제조방법 Download PDF

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KR20130117407A
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Abstract

본 발명은 소재의 표면에 내알칼리성 코팅층을 제조할 수 있는 내알칼리성 코팅층의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 내알칼리성 코팅층을 구비한 구조물을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 유기관능성 실란 화합물 및 불소계 실란 화합물을 가수분해하는 단계; 상기 가수분해의 결과물에 수성 세라믹 졸, 알코올 및 가교제를 첨가하여 축합반응을 일으킴으로써 유무기 혼성 소재의 분산액을 형성하는 단계; 및 적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판의 상기 양극산화막 상부에 상기 분산액을 도포 및 가교하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 내알칼리성 코팅층의 제조방법이 제공된다.

Description

내알칼리성 코팅층의 제조방법{Fabrication method of anti-alkalinity coating layer}
본 발명은 내알칼리성 코팅층의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 NaOH 등과 같은 알칼리 용액에 대한 저항성이 높은 내알칼리성 코팅층을 제조하는 방법에 관한 것이다.
졸-겔법(sol-gel)에 의할 시 금속 알콕사이드를 전구체로 사용하여 몇 단계의 화학반응을 통해 높은 화학적 균일성을 가지는 조성물을 얻을 수 있다. 이러한 졸-겔법에 의해 제조된 조성물은 스핀 코팅법, 담금 코팅법 등에 의해 소재의 표면에 코팅되어 소재가 갖지 못하던 새로운 기능을 상기 소재의 표면에 부여할 수 있다. 예를 들어 이러한 코팅층을 형성함으로써 소재 표면의 기계적 특성 또는 화학적 특성의 개선을 구현할 수 있으며, 따라서 이러한 코팅층을 적절하게 구현하는 기술은 소재의 고부가가치화에 매우 중요한 기술이다(B.D fabes et al., Journal of Non-Crystalline Solids, Volume 121, Issues 1-3, 1 May 1990, Pages 348-356).
본 발명은 소재의 표면에 내알칼리성 코팅층을 제조할 수 있는 제조방법 및 이를 이용하여 내알칼리성 코팅층을 구비한 구조물의 제공을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 유기관능성 실란 화합물 및 불소계 실란 화합물을 가수분해하는 단계; 상기 가수분해의 결과물에 수성 세라믹 졸, 알코올 및 가교제를 첨가하여 축합반응을 일으킴으로써 유무기 혼성 소재의 분산액을 형성하는 단계; 및 적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판의 상기 양극산화막 상부에 상기 분산액을 도포 및 가교하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 내알칼리성 코팅층의 제조방법이 제공된다.
이때 상기 분산액에는 전체 분산액 총 중량 중 상기 세라믹 나노입자가 1 내지 50중량%, 상기 유기관능성 실란 화합물이 1 내지 50 중량%, 상기 불소계 실란 화합물이 1 내지 10 중량%, 상기 가교제가 0.5 내지 10중량% 및 물이 40 내지 95중량%가 포함될 수 있다.
이때 상기 유기관능성 실란 화합물은 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란(3-glycidoxypropyltriethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디에톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시 실란(methyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시 실란(ethyltrimethoxy silane), 에틸트리에톡시 실란(ethyltriethoxy silane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxy silane), 디메틸 디에톡시실란(dimethyldiethoxy silane), 비닐트리메톡시 실란(vinyltrimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(vinyltriethoxy silane) 및 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
이때 상기 불소계 실란 화합물은 플루오로실란(Fluorosilane) 또는 플루오로알킬실록산(Fluoroalkylsiloxane)을 포함할 수 있다.
한편 상기 가교제는 인산염(phosphates), 알콕사이드(alkoxides), 아미노 실란(amino silanes), 산(acids) 및 아마이드(amides)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로 헥사메타인산나트륨(sodium hexametaphosphate), 시트라콘산(citraconic acid), 디시안아마이드(dicyanamide), 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
이때 상기 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)은 POSS(polyhedral Oligomeric Silsesquioxane)을 포함할 수 있다.
한편 상기 세라믹 나노입자는 실리콘 산화물 입자, 알루미늄 산화물 입자 및 티타늄 산화물 입자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한 상기 분산액의 pH는 7 내지 8의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판; 및 상기 양극산화막 상부에 형성된 내알칼리성 코팅층을 포함하되, 상기 내알칼리성 코팅층은 불소계 실란 화합물, 유기관능성 실란 화합물 및 세라믹 졸 사이의 축합 및 가교에 의해 생성된 유무기 혼성 소재를 포함하는 내알칼리성 구조물이 제공된다.
이때 상기 기판은 알루미늄 또는 마그네슘으로 이루어질 수 있다.
한편 상기 세라믹 졸의 세라믹 나노입자의 크기는 상기 양극산화막의 기공크기에 비해 더 작은 값을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 상술한 내알칼리성 구조물을 포함하는 열교환기가 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예를 따르면, 우수한 내알칼리 코팅층을 제조할 수 있으며, 이러한 코팅층을 소재표면에 형성하여 높은 내알칼리 특성을 가지도록 할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 내알칼리성 코팅층의 제조방법을 단계적으로 나타낸다.
도 2는 기판의 표면에 형성된 양극산화막의 상부에 코팅층이 형성된 경우의 단면도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 내알칼리성 코팅층이 형성된 시편의 부식특성을 시험한 후의 시편의 표면 상태를 관찰한 결과이다.
도 4a 및 4b는 도 3a 및 도 3b의 시편 표면을 확대하여 관찰한 결과이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 따르는 내알칼리성 코팅층의 제조방법은 유무기 혼성 소재의 분산액을 형성하고 이를 적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판의 상기 양극산화막 상부에 상기 분산액을 도포 및 가교하여 코팅층을 형성하는 공정을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 내알칼리성 코팅층의 제조방법을 단계적으로 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 내알칼리성 코팅층의 제조는 유기관능성 실란 화합물 및 불소계 실란 화합물을 산촉매 하에서 수중에서 가열하여 가수분해를 일으키는 단계(S1), 상기 가수분해의 결과물에 수성 세라믹 졸, 알코올 및 가교제를 첨가하여 축합반응을 일으키는 단계(S2), 그리고 상기 단계들로부터 얻어진 분산액을 양극산화막이 형성된 기판 상에 도포 및 가교하여 내알칼리성 코팅층을 형성하는 단계(S3)를 포함한다.
한편 반응 용매로서 경우에 따라 물 이외에 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올과 같은 알코올이 더 첨가된 혼합 용매가 사용될 수 있다.
이때 상기 가수분해 및 축합반응을 통해 제조된 분산액의 pH는 7 내지 8의 범위의 중성 분위기를 가지도록 함으로써 그 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. pH의 조절은 예를 들어 암모니아를 첨가하여 수행될 수 있다.
상기 유기관능성 실란 화합물은 무기소재와 결합하기 위해 가수분해 가능한 관능기를 구비하며, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란(3-glycidoxypropyltriethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디에톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시 실란(methyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시 실란(ethyltrimethoxy silane), 에틸트리에톡시 실란(ethyltriethoxy silane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxy silane), 디메틸 디에톡시실란(dimethyldiethoxy silane), 비닐트리메톡시 실란(vinyltrimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(vinyltriethoxy silane) 및 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 유기관능성 실란 화합물은 전체 분산액 내에서 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 20 내지 40 중량%의 조성범위를 가질 수 있다. 상기 범위 미만에서 표면의 균일성을 잃을 수 있고, 상기 범위 초과에서 경도나 내마모성 등의 기계적 성질이 낮아질 수 있다.
상기 불소계 실란 화합물은 알칼리 용액이 코팅층 표면에서 디웨팅(dewetting)되게 하기 위하여 첨가된 것으로서, 예를 들면, 플루오로실란(Fluorosilane) 또는 플루오로알킬실록산(Fluoroalkylsiloxane)을 포함할 수 있다. 상기 불소계 실란 화합물의 구체적인 예로 트리데카플루오로옥틸트리에톡시실란(tridecafluorooctyltriethoxysilane), 트리플루오로프로필트리메톡시실란(trifluoropropyltrimethoxysilane), 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란(heptadecafluorodecyltrimethoxysilane), 헵타데카플루오로데실트리이소프로포시실란(heptadecafluorodecyltriisopropoxysilane), 및 개질된 반응성 플루오르알킬실록산(상표명 Dynasylan F8815) 등을 이용할 수 있다. 상기 불소계 실란 화합물은 전체 분산액 내에서 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 조성범위를 가질 수 있다. 상기 범위 미만에서 발수성이 낮아지고, 상기 범위 초과에서 코팅막이 불안정해 질 수 있다. 상기 불소계 실란 화합물은 코팅층이 발수성 및 비점착성(non-stick)을 갖도록 할 수 있다.
상기 산촉매는 가수분해를 촉진하기 위한 촉매로서, 염산, 질산, 황산 등의 무기산 또는 개미산, 구연산, 글리실산, 글리콜산, 니코틴산, 레몬산, 말산, 벤조산, 부티르산, 사과산, 살리실산, 숙신산, 술폰산, 술핀산, 시트르산, 아세트산, 아세트살리실산, 아스코르브산, 아스코르빈산, 알파케토글루타르산, 옥살산, 옥살아세트산, 요산, 유리산, 이소시트르산, 젖산, 주석산, 카르본산, 카페인산, 쿠웬산, 타르타르산, 팔미트산, 페놀, 포름산, 포도주산, 푸마르산, 호박산, 이타콘산, p-톨루엔술폰산 및 시트라콘산 등의 유기산을 포함할 수 있다. 이때 상기 산촉매는 상기 분산액 내에서 0.1 내지 2중량%의 조성범위를 가지며, 바람직하게는 1 내지 2중량% 범위를 가질 수 있다.
가교제는 선상 고분자 화합물의 분자를 서로 화학결합시켜 그물구조를 만드는 물질로서, 인산염(phosphates), 알콕사이드(alkoxides), 아미노 실란(amino silanes), 산(acids) 및 아마이드(amides)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 가교제로는 헥사메타인산나트륨(sodium hexametaphosphate), 시트라콘산(citraconic acid), 디시안아마이드(dicyanamide) 및 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때 사이클릭 실록산은 POSS(polyhedral oligmeric silsequioxane)일 수 있다. 상기 POSS는 가교를 위한 다관능성기를 포함할 수 있다. 코팅층 표면의 발수성을 증가시키기 위해 POSS는 불소기를 포함한 것일 수 있다.
상기 가교제는 상기 분산액 내에서 0.5 내지 10중량%의 조성범위를 가질 수 있다. 상기 조성범위 미만에서는 가교도가 저하되어 코팅층의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 상기 조성범위 초과에서는 가교도의 증가 효과가 미미할 수 있다.
상기 세라믹 졸은 세라믹 나노입자가 콜로이드 상태로 용매인 물에 분산된 것으로서, 산 또는 염기에 의해 안정화된 것일 수 있다. 이때 상기 세라믹 나노입자는 예를 들어, 실리콘 산화물(silica, SiO2) 입자, 알루미늄 산화물(alumina, Al2O3) 입자 및 티타늄 산화물(titania, TiO2) 입자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
이때 상기 세라믹 나노입자는 그 직경이 100nm 이하일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 30nm, 더욱 바람직하게는 10 내지 20nm의 범위를 가질 수 있다. 상기 범위에서 안정된 분산액을 형성할 수 있다. 또한 상기 세라믹 나노입자의 직경은 후술하는 양극산화막 상의 기공(pore)의 크기에 비해 더 작은 값을 가질 수 있다. 상기 세라믹 나노입자의 작은 입경으로 인해 상기 세라믹 나노입자가 상기 기공에 도입됨으로써, 코팅층과 양극산화막 사이의 결합이 강화되도록 할 수 있다.
한편 상기 세라믹 나노입자는 전체 분산액 총 중량 중 1 내지 50중량%의 조성범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 50중량%의 범위를 가질 수 있다. 상기 조성범위에서 안정된 분산액을 형성하며 코팅이 용이하다.
이러한 방법에 의해 제조된 분산액은 기판의 적어도 일면 상에 내알칼리성 코팅층을 형성하기 위한 도포액으로서 이용될 수 있다. 이때 코팅층을 형성하기 위한 방법은 담금코팅, 스핀코팅 등과 같은 습식법이 이용될 수 있다.
상기 내알칼리성 코팅층은 일반적으로 알칼리에 약한 양극산화층을 보호하기 위한 것이다. 특히 내알칼리 특성을 향상시키기 위해 사용된 불소함유 실란에 의해 추가적으로 표면의 비점착성 (non-stick) 성질이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판; 및 상기 양극산화막 상부에 형성된 내알칼리성 코팅층을 포함하는 내알칼리성 구조물이 제공된다. 여기서 상기 내알칼리성 코팅층은 불소계 실란 화합물, 유기관능성 실란 화합물 및 세라믹 졸 사이의 축합 및 가교에 의해 생성된 유무기 혼성 소재를 포함한다.
상기 기판으로는 금속, 세라믹, 반도체, 유리 및 플라스틱과 같은 다양한 소재가 가능하다. 예를 들어 기판은 금속소재로서, 내알칼리성 코팅 형성용 분산액이 코팅되는 일면에 양극산화막이 형성된 것일 수 있다. 즉 분산액에 의해 형성되는 코팅층은 금속소재 표면에 형성된 양극산화막 상부에 적층되게 된다. 이러한 금속소재로는 알루미늄 또는 마그네슘일 수 있다. 여기서 알루미늄은 순수 알루미늄 및 알루미늄 합금을 포함하며, 마그네슘의 경우에도 마찬가지이다.
상술한 내알칼리성 구조물은 불소 성분을 함유한 유무기 혼성 소재로 인하여 기계적 물성 및 내부식성이 뛰어나고 내알칼리성이 우수하다. 일예로 상술한 내알칼리성 구조물은 열교환기에 응용될 수 있다.
코팅층이 양극산화막의 상부에 형성될 경우 우수한 접착력을 나타낼 수 있다. 도 2에는 기판(200)의 표면에 형성된 양극산화막(210)의 상부에 코팅층(220)이 형성된 경우의 단면도가 나타나 있다.
일예로서, 알루미늄 소재의 일면에 양극산화층(210)을 형성하는 경우, 양극산화하는 과정 중에 다공성 네트워크를 가지는 보헤마이트(bohemite, AlO(OH))가 형성되며 그 표면에는 수산기(hydroxyl group, -OH)가 존재한다. 이러한 수산기가 형성된 표면 위로 본 발명의 일 실시예를 따른 분산액을 이용하여 코팅층(220)을 형성하는 경우, 상기 수산기는 상기 분산액 내에 포함된 수성 세라믹 졸의 세라믹 입자와 공유결합을 하게 된다.
예를 들어 수성 세라믹 졸 내에 세라믹이 실리콘 산화물일 경우, 상기 수산기는 실리콘 산화물과 공유결합하여 양극산화막(210) 상에 Si-O-Al 결합을 형성하게 된다.
이때 코팅층(220)은 Si-O-Si 연결고리로 이루어진 폴리머 프레임워크에서의 세라믹 입자의 균일한 분포로 인해 양극산화막 표면 위에 매우 치밀한 코팅층이 형성되며, 또한 상술한 Si-O-Al 결합으로 인해 양극산화막(200) 상에 형성된 코팅층(220)은 매우 우수한 접착력을 나타내게 된다.
이때 상기 세라믹 입자는 양극산화막(210) 내부에 형성되는 기공에 비해 더 작은 크기를 가질 수 있다.
이러한 방법에 의해 제조된 코팅층은 높은 내알칼리성과 기계적 안정성을 동시에 구현하기 위한 내알칼리성 코팅층을 제조하기 위한 목적으로 활용될 수 있다. 예컨대 내알칼리성 코팅층은 NaOH 용액과 접촉이 일어나는 구조물의 표면에 형성되어 내알칼리성을 향상시켜 상기 구조물의 알칼리에 의한 부식을 방지할 수 있게 된다.
상기 구조물은 실외에 설치되는 시설물 또는 구조체에 이용될 수 있다. 상기 구조물의 응용예는 예를 들어, 도로표지판, 가드레일, 공장 시설물, 취수로 설비, 선박, 해양구조물, 건설장비, 교량, 건물 외장제 등 다양한 시설물 또는 구조체를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 다양한 실험예를 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
[실험예]
(a) 가수분해단계
유기 관능성 실란 화합물로서 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane) 16g 및 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate) 10g과 불소계 실란 화합물로서 개질된 반응성 플루오르알킬실록산(상표명 F8815) 4g을 혼합하고, 여기에 가수분해촉매로서 희석 아세트산 8g (농도 10중량% 수용액)을 첨가한 후 교반하면서 20g의 물을 빠르게 첨가하였다. 다음, 2-3시간에 걸쳐 혼합체를 강하게 교반하면서 85℃로 가열하면서 가수분해를 유도하였다. 가수분해가 완료된 후 혼합체의 온도를 50℃로 냉각시킨 후 15g의 물을 추가로 첨가하였다.
(b) 축합단계
가수분해가 완료된 후 상기 가수분해의 결과물에 에탄올 23.0g과 실리콘 산화물을 분산시킨 수성 세라믹 졸인 BINDZIL 2034(고형분 30중량%)를 26.0g을 첨가한 후 5 내지 10분 동안 균질화 처리를 수행하였다. 그 후 연속적으로 24시간을 교반한 후 축합반응을 완료하였다.
위 실험예를 통하여 균질화된 분산상을 가지는 졸-겔 분산액을 제조할 수 있었다.
(c) 코팅층 형성 단계
제조된 졸-겔 분산액을 이용하여 표면에 양극산화막이 형성된 알루미늄 상부에 코팅층을 형성하였다. 코팅 방식은 스프레이(Spray)방식과 딥핑(dipping)이 가능하며, 130℃에서 큐어링을 통하여 완벽한 코팅막을 얻을 수 있다.
(d) 부식성 테스트
상술한 조건으로 만든 시편을 2개 제작하여 pH 12.5의 수산화나트륨(NaOH) 용액에 시간을 달리하여 침지시킨 후 부식정도를 측정하였다.
이때, 2개의 시편 중 시편 1은 3시간 동안 침지하였으며, 시편 2는 8시간 침지하였다. 이하 3시간 담가둔 조건은 조건 1, 8시간 담가둔 조건은 조건 2로 명명한다.
도 3a 및 도 3b에는 실험이 완료된 후의 시편 1 및 시편 2의 표면상태를 관찰한 결과가 나타나 있다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 조건 1의 경우 육안으로 관찰시 양호한 표면상태를 보이나, 조건 2의 경우에는 표면에 NaOH에 의해 부식된 흔적이 국부적으로 발견되었다.
표면을 더욱 구체적으로 확인하기 위하여 시편의 표면을 확대해서 관찰하였으며, 도 4a 및 4b에는 시편 1 및 시편 2의 코팅층에 발생된 피팅(pitting)영역을 확대한 결과가 나타나 있다.
도 4a를 참조하면 조건 1의 경우 시편 1의 표면에 미세한 피팅부식핵(pitting corrosion nuclei)이 관찰되는 것을 알 수 있다(도 4a의 원표시 부분). 한편 조건 2의 경우에는 피팅부식핵이 성장하여 조대한 부식영역(도 4b의 원표시 부분)을 형성하게 되는 것을 알 수 있다.
그러나 조건 1은 물론 조건 2의 경우에도 모두 코팅층의 하부에 있는 양극산화막은 손상을 입지 않고 그대로 유지됨을 관찰할 수 있었다.
이로부터 본 발명을 따르는 분산액을 이용하여 형성한 코팅층은 알칼리 용액에 의해 쉽게 용해되거나 분해되지 않으나 다만 장시간 접촉될 경우에는 알칼리 이온에 의해 국부적으로 부식이 일어나는 피팅현상이 발생됨을 알 수 있다.
(e) 절연파괴전압 측정
한편 조건 1 및 조건 2에서 코팅층의 두께 변화를 관찰하였으며, 0.3mA 직류전류 조건에서 코팅층 및 양극산화막의 절연파괴전압을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 정리하여 요약하였다. 표 1의 기준조건은 코팅층 형성 후 NaOH 용액에 침지시키기 전의 코팅층에 대한 조건(즉, 코팅층의 두께 및 절연파괴전압)을 의미한다. 또한 절연파괴전압 1은 피팅이 발생되지 않은 부분에서의 값이며 절연파괴전압 2는 피팅이 발생된 부분에서의 값이다.
조건 코팅층 두께 절연파괴전압 1 절연파괴전압 2
기준조건 30㎛ 1000V 1000V
조건 1 29㎛ 600V 450V
조건 2 28㎛ 500V 300V
표 1을 참조하면, NaOH 용액에 침지되기 전 코팅층의 두께는 30㎛ 이었으며 NaOH 용액에서의 침지시간이 증가되어도 두께변화는 크게 나타나지 않았다. 이는 도 3a 및 3b의 육안관찰 결과와 일치하는 것이다. 이로부터 본 실시예의 코팅층은 알칼리에 쉽게 용해되거나 분해되지 않는 우수한 내알칼리성을 가짐을 다시 한번 확인할 수 있다.
한편 절연파괴전압의 경우 시편이 NaOH 용액에 침지되는 시간이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 특히 국부적으로 피팅이 발생한 경우에는 절연파괴전압의 감소가 더 크게 나타났다. 그러나 이러한 절연파괴의 감소경향에도 불구하고, 가장 낮은 절연파괴전압도 여전히 300V 이상의 값을 유지하고 있음을 알 수 있으며, 이는 코팅층에 국부적인 피팅이 발생했음에도 양극산화막은 여전히 손상을 입지않고 배리어층(barrier layer)으로서 기능하고 있음을 의미하는 것으로 판단된다.
이러한 본 발명의 실험예에 따라 제조된 코팅층은 알칼리에 대한 높은 저항성을 나타냄을 알 수 있으며, 이는 코팅층 형성에 이용된 분산액에 포함된 불소계 실란 화합물에 의해 알칼리 용액이 표면에서 디웨이팅(dewetting)되는 경향이 증가되기 때문으로 판단된다.
특히 본 내알칼리 코팅층이 양극산화막 상부에 형성될 경우에는 높은 접착력을 가지며 양극산화막이 형성된 소재의 내알칼리 특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
200: 기판 210: 양극산화막
220: 코팅층

Claims (13)

  1. 유기관능성 실란 화합물 및 불소계 실란 화합물을 가수분해하는 단계;
    상기 가수분해의 결과물에 수성 세라믹 졸, 알코올 및 가교제를 첨가하여 축합반응을 일으킴으로써 유무기 혼성 소재의 분산액을 형성하는 단계; 및
    적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판의 상기 양극산화막 상부에 상기 분산액을 도포 및 가교하여 코팅층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 내알칼리성 코팅층의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    전체 분산액 총 중량 중 상기 세라믹 나노입자가 1 내지 50중량%, 상기 유기관능성 실란 화합물이 1 내지 50 중량%, 상기 불소계 실란 화합물이 1 내지 20 중량%, 상기 가교제가 0.5 내지 10중량% 및 물이 40 내지 95중량%가 포함된 내알칼리성 코팅층의 제조방법.
  3. 상기 유기관능성 실란 화합물은 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란(3-glycidoxypropyltriethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디에톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시 실란(methyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시 실란(ethyltrimethoxy silane), 에틸트리에톡시 실란(ethyltriethoxy silane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxy silane), 디메틸 디에톡시실란(dimethyldiethoxy silane), 비닐트리메톡시 실란(vinyltrimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(vinyltriethoxy silane) 및 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 내알칼리성 코팅층의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불소계 실란 화합물은 플루오로실란(Fluorosilane) 또는 플루오로알킬실록산(Fluoroalkylsiloxane)을 포함하는 내알칼리성 코팅층의 제조방법.
  5. 상기 가교제는 인산염(phosphates), 알콕사이드(alkoxides), 아미노 실란(amino silanes), 산(acids) 및 아마이드(amides)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 내알칼리성 코팅층의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는 헥사메타인산나트륨(sodium hexametaphosphate), 시트라콘산(citraconic acid), 디시안아마이드(dicyanamide), 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 내알칼리성 코팅층의 제조방법.
  7. 상기 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)은 POSS(polyhedral Oligomeric Silsesquioxane)을 포함하는 내알칼리성 코팅층의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 나노입자는 실리콘 산화물 입자, 알루미늄 산화물 입자 및 티타늄 산화물 입자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 내알칼리성 코팅층의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분산액의 pH는 7 내지 8의 범위를 갖는 내알칼리성 코팅층의 제조방법.
  10. 적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판; 및
    상기 양극산화막 상부에 형성된 내알칼리성 코팅층을 포함하되,
    상기 내알칼리성 코팅층은 불소계 실란 화합물, 유기관능성 실란 화합물 및 세라믹 졸 사이의 축합 및 가교에 의해 생성된 유무기 혼성 소재를 포함하는 내알칼리성 구조물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 알루미늄 또는 마그네슘으로 이루어진 내알칼리성 구조물.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 세라믹 졸의 세라믹 나노입자의 크기는 상기 양극산화막의 기공크기에 비해 더 작은 값을 가지는 내알칼리성 구조물.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 내알칼리성 구조물을 포함하는 열교환기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101532598B1 (ko) * 2013-12-18 2015-06-30 주식회사 노루홀딩스 수성 클리어 바인더를 포함하는 에너지 절감형 유리 코팅 도료
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