KR20160010697A - 내오염성 코팅용액 조성물 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리, 플라스틱, 세라믹, 금속 등의 다양한 소재의 표면에 코팅하여 발수성, 발유성, 내오염성을 갖는 코팅막을 형성할 수 있는 코팅용액 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 나노 실리카졸을 전체 코팅용액 중 10 내지 30 중량%를 함유하는 코팅용액 조성물에 있어서, 상기 나노 실리카졸은 하기 화학식 1에 따른 불소실란으로 표면처리될 수 있다. 하기 화학식 1에서, Rf는 불화알킬이고, R은 메틸, 에틸, 프로필이다.
화학식 1

Description

내오염성 코팅용액 조성물 및 제조방법 {anti-pollution coating solution composition and manufacture method the anti-pollution coating solution composition}

본 발명은 유리, 플라스틱, 세라믹, 금속 등의 다양한 소재의 표면에 코팅하여 발수성, 발유성, 내오염성을 갖는 코팅막을 형성할 수 있는 코팅용액 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

구체적으로 본 발명은 투광성 소재의 표면에 코팅하여 발수성, 발유성, 내오염성을 부여할 수 있는 코팅용액 조성물을 제공함에 있어서, 오염물질이 표면에 묻더라도 시각적으로 잘 보이지 않고, 오염된 물질을 쉽게 제거할 수 있는 코팅막을 갖도록 하는 내오염성 코팅용액 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 다양한 소재, 예를 들면 유리, 플라스틱, 세라믹, 금속 등에 있어서 표면의 오염은 시각적인 요소 및 사용상에 여러 가지 면에서 불편을 초래하는 문제를 발생시키고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 표면처리기법이 적용되고 있고, 그 중에서도 특히, 휴대폰윈도우, 디스플레이용 투명필름, 유리 등과 같은 광학적으로 투명한 투광성 소재의 표면에는 하드코팅, 대전방지코팅, 반사방지코팅 등과 같은 다양한 기능성 코팅이 적용되고 있다.

또한, 외부로부터의 오염으로 인해 시인성 및 광학적인 특성이 저하되는 것을 방지하기 위해 내오염성 코팅이 적용되고 있다.

이러한, 내오염성 코팅의 방법은 크게 건식과 습식으로 나눌 수 있다.

건식코팅방법은 E-beam, Sputtering과 같은 진공증착 방식이며, 습식은 스핀, 딥, 플로우 코팅과 같은 용액으로 코팅하는 방법이다.

구체적으로 건식코팅은 불소를 함유하는 실리콘 알콕사이드를 진공상태에서 소재에 증착시키는 방법으로써, 분자단위의 코팅층을 형성하므로 막두께가 10~30nm에 불과하여 장시간 사용시에는 마모에 의해 투명성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 고가의 진공증착코팅 설비장치를 사용해야 하므로 투자비용 및 제조비용이 상승하는 단점이 있다.

이에 반해 습식코팅은 상대적으로 저렴한 제조비용으로 대량생산이 가능한 장점이 있으나, 불소수지 또는 불소를 함유하는 아크릴레이트 및 실리콘화합물을 액상으로 코팅하는 경우에는 내스크레치성이 약해서 내구성이 저하되는 문제가 발생하는 단점이 있다.

한편, 상기 건식코팅 및 습식코팅에 의해 형성된 코팅막은 표면에너지가 낮고 내오염성을 가지므로 유분이나 오일, 지문 등이 묻더라도 오염이 덜 되는 장점을 갖고 있으나, 코팅막이 평활하여 오염물질을 제거하기 위해 닦을 경우 코팅막 위에서 뿌옇게 부유하는 단점도 존재한다.

코팅막 위에서 부유하는 오염물질을 시각적으로 보이지 않게 하기 위해서 소재 자체의 표면에 물리적인 요철을 주는 방법이 고안되기도 하였으나, 이는 광학적으로 투명성을 요구하는 소재에는 적용하기 어려운 단점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 특허청 등록번호 제10-0793597호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 투광성 소재의 표면에 코팅하여 발수성, 발유성, 내오염성을 부여할 수 있는 코팅용액 조성물을 제공함에 있어서, 오염물질이 표면에 묻더라도 시각적으로 잘 보이지 않고, 오염된 물질을 쉽게 제거할 수 있는 코팅막을 갖도록 하는 내오염성 코팅용액 조성물을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 코팅용액 조성물을 투광성 소재의 표면에 코팅하면, 발수성, 발유성, 내오염성이 부여되며, 코팅막의 표면에 미세요철이 형성되어 오염물질이 쉽게 부착되지 않으며, 시각적으로도 잘 보이지 않는 장점이 있는 코팅막을 사용자에게 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 투광성 소재뿐만 아니라 금속, 시멘트, 콘크리트, 벽돌 등과 같은 다양한 소재면에도 코팅용액을 적용하여 우수한 발수성, 발유성, 내오염성을 발휘하는 코팅을 사용자에게 제공하는 것이다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 나노 실리카졸을 전체 코팅용액 중 10 내지 30 중량%를 함유하는 코팅용액 조성물에 있어서, 상기 나노 실리카졸은 하기 화학식 1에 따른 불소실란으로 표면처리될 수 있다.

화학식 1

상기 화학식 1에서, Rf는 불화알킬이고, R은 메틸, 에틸, 프로필이다.

또한, 상기 나노 실리카졸의 실리카입자는 10 내지 50nm 크기일 수 있다.

또한, 상기 나노 실리카졸을 제조하기 위해 이용되는 기본 코팅용액 조성물은 광경화형 아크릴레이트화합물 및 열경화형 실리콘화합물을 함께 포함할 수 있다.

또한, 상기 화학식 1에 따른 불소실란은 하기의 표 1에 표시된 5가지 구조의 불소실란 중 1종 또는 2종 이상 혼합하여 제조될 수 있다.

[표 1]

또한, 상기 나노 실리카졸에 적용되는 분산용제는 셀로솔브 계열이고, 상기 분산용제는 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 이소프로필셀로솔브 및 부틸셀로솔브 중 1종 또는 2종이상 혼합하여 제조될 수 있다.

또한, 상기 나노 실리카졸의 입자에 피복하는 불소실란의 함량은 상기 나노 실리카졸의 고형분 대비 10 내지 20중량% 일 수 있다.

또한, 상기 나노 실리카졸은 상기 불소실란은 80℃ 내지 100℃의 온도에서 4시간 내지 8시간 동안 가열처리하는 조건에서 상기 불소실란으로 표면처리 될 수 있다.

본 발명은 투광성 소재의 표면에 코팅하여 발수성, 발유성, 내오염성을 부여할 수 있는 코팅용액 조성물을 제공함에 있어서, 오염물질이 표면에 묻더라도 시각적으로 잘 보이지 않고, 오염된 물질을 쉽게 제거할 수 있는 코팅막을 갖도록 하는 내오염성 코팅용액 조성물을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 코팅용액 조성물을 투광성 소재의 표면에 코팅하면, 발수성, 발유성, 내오염성이 부여되며, 코팅막의 표면에 미세요철이 형성되어 오염물질이 쉽게 부착되지 않으며, 시각적으로도 잘 보이지 않는 장점이 있는 코팅막을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 투광성 소재뿐만 아니라 금속, 시멘트, 콘크리트, 벽돌 등과 같은 다양한 소재면에도 코팅용액을 적용하여 우수한 발수성, 발유성, 내오염성을 발휘하는 코팅을 사용자에게 제공할 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a는 본 발명과 관련된 휴대 단말기의 일 예를 전면에서 바라본 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 휴대 단말기의 후면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예와 관련하여, 준비된 시료의 수접촉각 이미지의 일례를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예와 관련하여, 준비된 시료의 표면에 대한 AFM 이미지의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

개인용 컴퓨터, 노트북, 휴대폰 등과 같은 단말기는 다양한 기능을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다. 그러한 다양한 기능들의 예로 데이터 및 음성 통신 기능, 카메라를 통해 사진이나 동영상을 촬영하는 기능, 음성 저장 기능, 스피커 시스템을 통한 음악 파일의 재생 기능, 이미지나 비디오의 디스플레이 기능 등이 있다. 일부 단말기는 게임을 실행할 수 있는 추가적 기능을 포함하고, 다른 일부 단말기는 멀티미디어 기기로서 구현되기도 한다. 더욱이 최근의 단말기는 방송이나 멀티캐스트(multicast) 신호를 수신하여 비디오나 텔레비전 프로그램을 시청할 수 있다.

일반적으로 단말기는 이동 가능 여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 다시 이동 단말기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mount terminal)로 나뉠 수 있다.

이와 같은 단말기(terminal)는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.

이러한 단말기의 본체와 상기 본체의 일측에는 기기의 현 상태 또는 동작상태 등의 각종정보를 표시하는 디스플레이가 구성된다.

또한, 디스플레이는 외부에서 식별 가능하도록 공간이 형성되고, 특히 상기 디스플레이가 외부의 충격 또는 이물질에 의해 손상됨을 방지하기 위한 윈도우 패널이 필수적으로 구성된다.

도 1a는 본 발명과 관련된 휴대 단말기의 일 예를 전면에서 바라본 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 휴대 단말기의 후면 사시도이다.

도 1a는 본 발명과 관련된 휴대 단말기의 일 예를 전면에서 바라본 사시도이다.

개시된 휴대 단말기(1100)는 바 형태의 본체를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 슬라이드 타입, 폴더 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용이 가능하다.

바디는 외관을 이루는 케이스(케이싱, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 본 실시예에서, 케이스는 프론트 케이스(1101)와 리어 케이스(1102)로 구분될 수 있다. 프론트 케이스(1101)와 리어 케이스(1102)의 사이에 형성된 공간에는 각종 전자부품들이 내장된다. 프론트 케이스(1101)와 리어 케이스(1102) 사이에는 적어도 하나의 중간 케이스가 추가로 배치될 수도 있다.

케이스들은 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속 재질, 예를 들어 스테인레스 스틸(STS) 또는 티타늄(Ti) 등과 같은 금속 재질을 갖도록 형성될 수도 있다.

휴대 단말기 바디, 주로 프론트 케이스(1101)에는 디스플레이부(1151), 음향출력부(1152), 제3 카메라(1121c), 사용자 입력부(1130/1131,1132), 마이크(1122), 인터페이스(1170) 등이 배치될 수 있다.

디스플레이부(1151)는 프론트 케이스(1101)의 주면의 대부분을 차지한다. 디스플레이부(1151)의 양단부 중 일 단부에 인접한 영역에는 음향출력부(1151)와 카메라(1121)가 배치되고, 다른 단부에 인접한 영역에는 사용자 입력부(1131)와 마이크(1122)가 배치된다. 사용자 입력부(1132)와 인터페이스(1170) 등은 프론트 케이스(101) 및 리어 케이스(1102)의 측면들에 배치될 수 있다.

사용자 입력부(1130)는 휴대 단말기(1100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받기 위해 조작되는 것으로서, 복수의 조작 유닛들(1131,1132)을 포함할 수 있다. 조작 유닛들(1131,1132)은 조작부(manipulating portion)로도 통칭 될 수 있다.

제1 또는 제2 조작 유닛들(1131, 1132)에 의하여 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 조작 유닛(1131)은 시작, 종료, 스크롤 등과 같은 명령을 입력받고, 제2 조작 유닛(1132)은 음향출력부(1152)에서 출력되는 음향의 크기 조절 또는 디스플레이부(1151)의 터치 인식 모드 활성화/비활성화 등과 같은 명령을 입력받을 수 있다.

도 1b는 도 1a에 도시된 휴대 단말기의 후면 사시도이다.

도 1b를 참조하면, 휴대 단말기 바디의 후면, 다시 말해서 리어 케이스(1102)에는 제3 카메라(1121c)가 추가로 장착될 수 있다. 제3 카메라(1121c)는 제1 및 제2 카메라(1121a, 1121b)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지며, 제1 및 제2 카메라(1121a, 1121b)와 같거나 서로 다른 화소를 가지는 카메라일 수 있다.

제3 카메라(1121c)에 인접하게는 플래쉬(1123)와 거울(1124)이 추가로 배치될 수 있다. 플래쉬(1123)는 제3 카메라(1121c)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향해 빛을 비추게 된다. 거울(1124)은 사용자가 제3 카메라(1121c)를 이용하여 자신을 촬영(셀프 촬영)하고자 하는 경우에, 사용자 자신의 얼굴 등을 비춰볼 수 있게 한다.

휴대 단말기 바디의 후면에는 음향 출력 모듈(1152')이 추가로 배치될 수도 있다. 음향 출력부(152')는 음향 출력 모듈(1152, 도 1a 참조)과 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.

통화 등을 위한 안테나 외에 방송신호 수신용 안테나(1116)가 휴대 단말기 바디의 측면에 추가적으로 배치될 수 있다. 방송 수신부(1111, 도 1 참조)의 일부를 이루는 안테나(1116)는 단말기 바디에서 인출 가능하게 설치될 수 있다.

단말기 바디에는 휴대 단말기(1100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(1190)가 장착된다. 전원 공급부(1190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 직접 탈착될 수 있게 구성될 수 있다.

리어 케이스(1102)에는 터치를 감지하기 위한 터치 패드(1135)가 추가로 장착될 수 있다. 터치 패드(1135)는 디스플레이부(1151)를 위해 광 투과형으로 구성될 수도 있다. 이 경우에, 디스플레이부(1151)가 양면에서(즉, 이동단말기의 전면 및 후면 둘 다의 방향으로) 시각 정보를 출력하도록 구성된다면, 터치 패드(1135)를 통해서도 상기 시각 정보를 인지할 수 있게 된다. 상기 양면에 출력되는 정보는 상기 터치 패드(1135)에 의해 모두 제어될 수도 있다.

한편, 터치 패드(1135) 전용 디스플레이가 별도로 장착됨으로써, 리어 케이스(1102)에도 터치 스크린이 배치될 수도 있다.

터치 패드(1135)는 프론트 케이스(1101)의 디스플레이부(1151)와 상호 관련되어 작동한다. 터치 패드(1135)는 디스플레이부(1151)의 후방에 평행하게 배치될 수 있다. 이러한 터치 패드(1135)는 디스플레이부(1151)와 동일하거나 작은 크기를 가질 수 있다.

이러한 단말기의 본체와 상기 본체의 일측에는 기기의 현 상태 또는 동작상태 등의 각종정보를 표시하는 디스플레이가 구성된다.

또한, 디스플레이는 외부에서 식별 가능하도록 공간이 형성되고, 특히 상기 디스플레이가 외부의 충격 또는 이물질에 의해 손상됨을 방지하기 위한 윈도우 패널이 필수적으로 구성된다.

디스플레이부(1151)는 휴대 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 휴대 단말기가 통화 모드인 경우 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 휴대 단말기(100)가 화상 통화 모드 또는 촬영 모드인 경우에는 촬영 또는/및 수신된 영상 또는 UI, GUI를 표시한다.

또한, 본 발명에 따른 디스플레이부(1151)는 2D 및 3D 표시 모드를 지원한다.

즉, 본 발명에 따른 디스플레이부(1151)는 이하의 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 디스플레이 장치(1151a)에 스위치 액정(1151b)을 조합하는 구성을 가질 수 있다. 그리고, 스위치 액정(1151b)을 이용하여 광학 시차 장벽(50)을 작동시켜 광의 진행 방향을 제어하여 좌우의 눈에 각기 다른 광이 도달하도록 분리할 수 있다. 때문에 우안용 영상과 좌안용 영상이 조합된 영상이 디스플레이 장치(1151a)에 표시되는 경우 사용자의 입장에서는 각각의 눈에 대응한 화상이 보여 마치 입체로 표시된 것처럼 느끼게 된다.

즉, 디스플레이부(1151)는 제어부(1180)의 제어에 따라, 2D 표시 모드인 상태에서는 상기 스위치 액정(1151b) 및 광학 시차 장벽(50)을 구동시키지 않고, 상기 디스플레이 장치(1151a)만을 구동시켜 일반적인 2D 표시 동작을 수행한다.

또한, 디스플레이부(1151)는 제어부(1180)의 제어에 따라, 3D 표시 모드인 상태에서는 상기 스위치 액정(1151b)과, 광학 시차 장벽(50) 및 디스플레이 장치(1151a)를 구동시켜 상기 디스플레이 장치(1151a)만을 구동시켜 3D 표시 동작을 수행한다.

한편, 상기와 같은 디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 디스플레이부(1151)의 후방 구조 또한 광 투과형 구조로 구성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 사용자는 단말기 바디의 디스플레이부(1151)가 차지하는 영역을 통해 단말기 바디의 후방에 위치한 사물을 볼 수 있다.

휴대 단말기(1100)의 구현 형태에 따라 디스플레이부(1151)이 2개 이상 존재할 수 있다. 예를 들어, 휴대 단말기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.

디스플레이부(1151)와 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함)에, 디스플레이부(1151)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다.

터치 센서는 디스플레이부(1151)의 특정 부위에 가해진 압력 또는 디스플레이부(1151)의 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서는 터치 되는 위치 및 면적뿐만 아니라, 터치 시의 압력까지도 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.

터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기(미도시)로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 제어부(1180)로 전송한다. 이로써, 제어부(1180)는 디스플레이부(1151)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다.

상기 근접 센서(1141)는 상기 터치스크린에 의해 감싸지는 휴대 단말기의 내부 영역 또는 상기 터치 스크린의 근처에 배치될 수 있다. 상기 근접 센서는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 근접 센서는 접촉식 센서보다는 그 수명이 길며 그 활용도 또한 높다.

상기 근접 센서의 예로는 투과형 광전 센서, 직접 반사형 광전 센서, 미러 반사형 광전 센서, 고주파 발진형 근접 센서, 정전용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다. 상기 터치스크린이 정전식인 경우에는 상기 포인터의 근접에 따른 전계의 변화로 상기 포인터의 근접을 검출하도록 구성된다. 이 경우 상기 터치 스크린(터치 센서)은 근접 센서로 분류될 수도 있다.

전술한 디스플레이부(1151)의 표면에 일반적으로 사용되고 있는 다양한 소재, 예를 들면 유리, 플라스틱, 세라믹, 금속 등에 있어서 표면의 오염은 시각적인 요소 및 사용상에 여러 가지 면에서 불편을 초래하는 문제를 발생시키고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 전술한 것과 같이, 다양한 표면처리기법이 적용되고 있다.

대표적으로, 외부로부터의 오염으로 인해 시인성 및 광학적인 특성이 저하되는 것을 방지하기 위해 내오염성 코팅이 적용되고 있느데, 내오염성 코팅의 방법은 크게 건식과 습식으로 나누어진다.

여기서 건식코팅방법은 E-beam, Sputtering과 같은 진공증착 방식이며, 습식은 스핀, 딥, 플로우 코팅과 같은 용액으로 코팅하는 방법이다. 구체적으로 건식코팅은 불소를 함유하는 실리콘 알콕사이드를 진공상태에서 소재에 증착시키는 방법으로써, 분자단위의 코팅층을 형성하므로 막두께가 10~30nm에 불과하여 장시간 사용시에는 마모에 의해 투명성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 고가의 진공증착코팅 설비장치를 사용해야 하므로 투자비용 및 제조비용이 상승하는 단점이 있다.

이에 반해 습식코팅은 상대적으로 저렴한 제조비용으로 대량생산이 가능한 장점이 있으나, 불소수지 또는 불소를 함유하는 아크릴레이트 및 실리콘화합물을 액상으로 코팅하는 경우에는 내스크레치성이 약해서 내구성이 저하되는 문제가 발생하는 단점이 있다.

한편, 상기 건식코팅 및 습식코팅에 의해 형성된 코팅막은 표면에너지가 낮고 내오염성을 가지므로 유분이나 오일, 지문 등이 묻더라도 오염이 덜 되는 장점을 갖고 있으나, 코팅막이 평활하여 오염물질을 제거하기 위해 닦을 경우 코팅막 위에서 뿌옇게 부유하는 단점도 존재한다.

코팅막 위에서 부유하는 오염물질을 시각적으로 보이지 않게 하기 위해서 소재 자체의 표면에 물리적인 요철을 주는 방법이 고안되기도 하였으나, 이는 광학적으로 투명성을 요구하는 소재에는 적용하기 어려운 단점이 있다.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 투광성 소재의 표면에 코팅하여 발수성, 발유성, 내오염성을 부여할 수 있는 코팅용액 조성물을 제공하고자 한다.

구체적으로 본 발명에서는 오염물질이 표면에 묻더라도 시각적으로 잘 보이지 않고, 오염된 물질을 쉽게 제거할 수 있는 코팅막을 갖도록 하는 내오염성 코팅용액 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 코팅용액 조성물을 투광성 소재의 표면에 코팅하면, 발수성, 발유성, 내오염성이 부여되며, 코팅막의 표면에 미세요철이 형성되어 오염물질이 쉽게 부착되지 않으며, 시각적으로도 잘 보이지 않는 장점이 있는 코팅막을 사용자에게 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 투광성 소재뿐만 아니라 금속, 시멘트, 콘크리트, 벽돌 등과 같은 다양한 소재면에도 코팅용액을 적용하여 우수한 발수성, 발유성, 내오염성을 발휘하는 코팅을 사용자에게 제공하고자 한다.

이하에서는 본 발명이 제안하고자 하는 조성물에 대해 구체적으로 설명한다.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 불소실란으로 표면처리된 나노 실리카졸을 전체 코팅용액 중에서 10 내지 30 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 코팅용액 조성물을 제공한다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, Rf는 불화알킬이고, R은 메틸, 에틸, 프로필이다.

한편, 전술한 나노 실리카졸의 실리카입자는 10 내지 50nm 크기를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 표면처리된 나노 실리카졸을 배합하는 기본 코팅용액 조성물은 광경화형 아크릴레이트화합물 또는 열경화형 실리콘화합물을 모두 사용할 수 있다.

구체적으로, 화학식 1에서 표시된 불소실란은 하기의 표 1에 도시된 구조를 갖는 불소실란을 1종 또는 2종이상 혼합하여 사용할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 코팅용액 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 불소실란으로 나노실리카졸의 실리카입자표면을 피복하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명이 제안하는 코팅용액 조성물은 불소실란으로 표면처리된 나노 실리카졸을 전체 코팅용액 중에서 10 내지 30 중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.

이때, 함량이 10중량% 미만일 경우에는 발수성, 발유성, 내오염성이 부족하여 성능이 만족스럽지 못한 결과가 나오며, 그 함량이 30중량%를 초과할 경우에는 도막의 투명도가 저하되며 광학적으로 사용하기 어려운 정도의 헤이즈값을 보이는 문제가 발생할 수 있으므로, 유의해야 한다.

따라서 본 발명의 나노 실리카졸의 실리카입자는 10 내지 50nm 크기를 사용할 수 있다. 즉, 실리카가 분산되어 있는 용제가 셀로솔브 계열인 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로 셀로솔브 용제를 예로 들면, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 이소프로필셀로솔브, 부틸셀로솔브 등을 들 수 있다.

일반적으로 나노 실리카졸의 입자 표면은 하이드록시로 존재하므로 친수성을 나타낸다.

그러나 실리카입자의 표면처리에 사용되는 불소실란은 소수성이 매우 강하므로 통상의 실리카졸을 그대로 사용하는 경우에는 입자의 응집이 발생하여 실리카졸이 뿌옇게 되거나 굳는 현상이 발생되어 코팅용액에 적용할 수가 없다.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 나노 실리카졸의 분산용제를 셀로솔브로 치환한 후에, 불소실란으로 실리카입자를 표면처리하는 방법을 사용할 수 있다.

즉, 셀로솔브 계열의 용제는 분자내에 극성과 비극성을 동시에 갖는 용제이므로 친수성인 실리카와 소수성인 불소실란의 상용성을 증대시켜주는 효과를 발휘하므로, 본 발명을 달성하기에 매우 적합하였다.

또한, 본 발명에서 사용하는 나노 실리카졸의 입자크기를 10 내지 50nm를 사용하는 것은, 10nm 미만에서는 표면에 미세요철을 형성하는 효과가 적어서 내오염성을 발휘하기에 부족하며, 50nm를 초과하면 입자의 크기가 과대하여 투명도를 저해함으로써 투광성 소재에 적용하기에 어려운 문제가 있으므로, 유의해야 한다.

또한, 나노 실리카졸의 입자에 피복하는 불소실란의 함량은 나노실리카졸의 고형분 대비 10 내지 20중량%를 사용하며, 나노실리카졸과 불소실란을 혼합한 후 80 내지 100℃의 온도에서 4 내지 8시간 가열처리하는 것에 의해 표면개질 처리를 수행하여 사용한다.

한편, 표면처리된 나노 실리카졸을 배합하는 기본 코팅용액 조성물은 광경화형 아크릴레이트화합물 또는 열경화형 실리콘화합물을 모두 사용할 수 있다.

또한, 광경화형 아크릴레이트화합물은 일반적으로 아크릴레이트올리고머, 아크릴레이트모노머, 광개시제로 구성되며, 실리콘화합물을 실리콘알콕사이드의 가수분해물과 열경화촉매로 구성될 수 있다.

또한, 코팅용액 조성물은 코팅하고자 하는 소재에 딥코팅, 플로우코팅, 스핀코팅 등 다양한 방법으로 코팅을 적용할 수 있다.

또한, 코팅을 실시한 후 광경화 또는 열경화에 의해 발수성, 발유성, 내오염성을 갖는 코팅막을 형성할 수 있고, 코팅막의 표면은 미세요철 형상을 갖는다.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명한다.

다만, 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

제 1 제조방법 (알코올분산 나노실리카졸의 불소실란 표면처리)

본 발명에 따른 제 1 제조방법에서는 나노 실리카졸의 원료로써 분산용제가 메틸알코올이고, 고형분이 40중량%, 입자크기가 50nm인 메틸알코올분산 실리카졸 100g을 준비한 후, 메틸셀로솔브 60g을 혼합하고, 온도 50℃로 가열하면서 120torr 조건으로 감압증류를 실시하여 100g으로 농축하였다.

여기에 하기 화학식 2를 첨가할 수 있다.

[화학식 2]

화학식 2에 따른 불소실란 8g을 첨가한 후 상온에서 2시간 교반후, 100℃로 승온하고 6시간동안 가열반응을 실시한 후 상온으로 냉각하여, 불소실란으로 표면처리된 나노 실리카졸의 제조를 완료할 수 있다.

제 2 제조방법 (수분산 나노실리카졸의 불소실란 표면처리)

본 발명의 제 2 제조방법에 따르면, 나노 실리카졸의 원료로써 분산용제가 물이다.

또한, 고형분이 30중량%, 입자크기가 12nm, Na이온으로 안정화되어 있는 수분산 실리카졸 200g을 준비한 후, 별도로 장치된 양이온교환수지칼럼에 통액하여 Na이온을 제거할 수 있다.

이후, 이소프로필알코올 200g 및 에틸셀로솔브 70g을 혼합하고, 온도 60℃로 가열하면서 80torr 조건으로 감압증류를 실시하여 200g으로 농축할 수 있다.

여기에 다시 추가로 이소프로필알코올 200g 및 에틸셀로솔브 70g을 혼합한 후 동일한 조건으로 감압증류를 실시하여, 에틸셀로솔브에 분산된 고형분 30중량%의 나노실리카졸을 수득할 수 있다.

또한, 에틸셀로솔브 분산 나노 실리카졸 100g에 하기 화학식 3에 따른 불소실란 5g을 첨가할 수 있다.

[화학식 3]

화학식 3에 따른 불소실란 5g을 첨가한 후, 상온에서 1시간 교반 후, 90℃로 승온하고 8시간동안 가열반응을 실시한 후 상온으로 냉각하여, 불소실란으로 표면처리된 나노 실리카졸의 제조를 완료할 수 있다.

제 1 실시예

본 발명에 따른 제 1 실시예에서는 교반기가 장착된 용기에 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트 20g 및 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트 10g, 1-6-헥산디올디아크릴레이트 10g, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스파인옥사이드 1g, 메틸에틸케톤 60g을 투입한 후 1시간동안 균일하게 혼합하여 광경화형 아크릴레이트화합물을 제조할 수 있다.

여기에 상기 제 1 제조방법에 의해 제조된 실리카졸 25g을 첨가한 후 1시간동안 교반하여 광경화형 내오염성 코팅용액 조성물의 제조를 완료할 수 있다.

본 명세서에서는 코팅막의 성능을 평가하기 위해 아크릴 소재에 상기 코팅용액을 플로우코팅방법으로 코팅한 후 60℃의 온도에서 2분동안 건조한 후, 300mJ/cm2의 광량으로 광경화를 실시하여 내오염성 코팅막을 형성하였다.

한편, 도 2는 본 발명의 실시예와 관련하여, 준비된 시료의 수접촉각 이미지의 일례를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예와 관련하여, 준비된 시료의 표면에 대한 AFM 이미지의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

제 2 실시예

본 발명에 따른 제 2 실시예에 따르면, 교반기가 장착된 스테인레스 재질의 반응용기에 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 118gr 및 테트라에톡시실란 104g, 에틸알코올 111g을 투입하고 30분동안 균일하게 혼합한 후, 0.01N 농도의 염산수용액 30g을 첨가한 후 상온에서 4시간동안 교반하여 가수분해반응을 실시할 수 있다.

이후, 열경화촉매로써 티타늄에톡사이드를 0.5g 첨가하고 1시간동안 교반하여 열경화형 실리콘화합물을 제조할 수 있다.

여기서 상기 제 2 제조방법에 의해 제조된 실리카졸 72g을 첨가한 후 1시간동안 교반하여 열경화형 내오염성 코팅용액 조성물의 제조를 완료하였다.

또한, 코팅막의 성능을 평가하기 위해 유리 소재에 상기 코팅용액을 딥코팅 방법으로 코팅한 후 120℃의 온도에서 1시간동안 열경화를 실시하여 내오염성 코팅막을 형성하였다.

성능 평가

[제 1 비교예]

제 1 실시예에서 불소실란으로 표면처리된 나노실리카졸을 사용하지 않고, 제 1 제조방법에서 사용된 원료인 표면처리되지 않은 메틸알코올분산 실리카졸을 그대로 사용한 것을 제외하고는 제 1 실시예와 동일한 방법으로 코팅용액 조성물의 제조 및 시료를 준비하였다.

[제 2 비교예]

제 2 실시예에서 불소실란으로 표면처리된 나노실리카졸을 사용하지 않고, 제 2 제조방법의 실리카졸의 표면처리에 사용된 불소실란 3.6g을 첨가한 것 이외에는 제 2 실시예와 동일한 방법으로 코팅용액 조성물의 제조 및 시료를 준비하였다.

전술한 제 1 비교예 및 제 2 비교예를 이용한 평가 결과는 다음과 같다.

[제 1 시험예] 발수성 평가

제 1 시험예에서는 코팅막 위에 물방울을 떨어뜨려서 수접촉각을 측정하였다.

일반적으로, 접촉각이 100°이상일 경우 발수성이 좋다고 평가한다. 접촉각 측정에 이용된 장비는 SEO사의 phoenix 300 touch 이고, 사용된 물은 Deionized water이다.

[제 2 시험예] 발유성 평가

코팅막 위에 유성매직으로 선을 그어서 몰리는 정도를 관찰하였다. 발유성이 좋지 않으면 선이 몰리지 않고 그대로 유지되거나 약간 몰려드는 정도이며, 발유성이 좋을 경우에는 선이 몰려서 점으로 표시된다.

[제 3 시험예] 내오염성 평가

지문을 코팅막에 찍은 후 육안으로 관찰하여 지문이 보이는 정도를 평가하였다.

전술한 제 1 실시례 및 제 2 실시예, 제 1 비교예 및 제 2 비교예에 의해서 준비된 시료를 하기 시험예의 방법으로 평가한 결과는 하기의 표2에 정리하였다.

한편, 표 2의 발유성 평가에서 O는 발유성이 좋은 것을 의미하고, X는 발유성이 나쁜 것을 의미한다.

또한, 표 2의 내오염성 평가에서 O는 지문이 육안으로 잘 관찰되지 않는 것을 의미하고, X는 지문이 육안으로 보이는 것을 의미한다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 코팅용액 조성물을 이용하여 코팅된 시료는 발수성, 발유성, 내오염성이 모두 우수하였다.

특히, 불소실란 표면처리된 실리카졸을 사용함으로써 코팅막의 표면에 미세요철이 형성되어 수접촉각이 일반적인 발수코팅보다 매우 높게 구현되었음을 알 수 있었다.

반면, 제 1 비교예의 경우 불소실란으로 표면처리되지 않은 실리카졸을 사용하여 발수성 및 발유성이 좋지 않음을 알 수 있었다.

또한, 제 2 비교예의 경우 실리카졸을 사용하지 않음으로 인해 미세요철이 형성되지 않아 수접촉각이 상대적으로 낮고, 내오염성이 좋지 않음을 알 수 있었다.

전술한 본 발명에따라 제조된 코팅용액 조성물의 경우, 투광성 소재의 표면에 코팅하여 발수성, 발유성, 내오염성을 부여할 수 있는 코팅용액 조성물을 제공함에 있어서, 오염물질이 표면에 묻더라도 시각적으로 잘 보이지 않고, 오염된 물질을 쉽게 제거할 수 있는 코팅막을 갖도록 하는 내오염성 코팅용액 조성물을 사용자엑 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 코팅용액 조성물을 투광성 소재의 표면에 코팅하면, 발수성, 발유성, 내오염성이 부여되며, 코팅막의 표면에 미세요철이 형성되어 오염물질이 쉽게 부착되지 않으며, 시각적으로도 잘 보이지 않는 장점이 있는 코팅막을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 투광성 소재뿐만 아니라 금속, 시멘트, 콘크리트, 벽돌 등과 같은 다양한 소재면에도 코팅용액을 적용하여 우수한 발수성, 발유성, 내오염성을 발휘하는 코팅을 사용자에게 제공할 수 있다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (7)

1. 나노 실리카졸을 전체 코팅용액 중 10 내지 30 중량% 함유하는 코팅용액 조성물에 있어서,
   상기 나노 실리카졸은 하기 화학식 1에 따른 불소실란으로 표면처리되는 것을 특징으로 하는, 코팅용액 조성물.
   화학식 1
   

   

   
   상기 화학식 1에서, Rf는 불화알킬이고, R은 메틸, 에틸, 프로필이다.
2. 제1항에 있어서,
   상기 나노 실리카졸의 실리카입자는 10 내지 50nm 크기인 것을 특징으로 하는, 코팅용액 조성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 나노 실리카졸을 제조하기 위해 이용되는 기본 코팅용액 조성물은 광경화형 아크릴레이트화합물 및 열경화형 실리콘화합물을 함께 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅용액 조성물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 화학식 1에 따른 불소실란은 하기의 표 1에 표시된 5가지 구조의 불소실란 중 1종 또는 2종 이상 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 코팅용액 조성물.
   [표 1]
   

   
5. 제1항에 있어서,
   상기 나노 실리카졸에 적용되는 분산용제는 셀로솔브 계열이고,
   상기 분산용제는 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 이소프로필셀로솔브 및 부틸셀로솔브 중 1종 또는 2종이상 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 코팅용액 조성물.
6. 제1항에 있어서,
   상기 나노 실리카졸의 입자에 피복하는 불소실란의 함량은 상기 나노 실리카졸의 고형분 대비 10 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는, 코팅용액 조성물.
7. 제1항에 있어서,
   상기 나노 실리카졸은,
   상기 불소실란은 80℃ 내지 100℃의 온도에서 4시간 내지 8시간 동안 가열처리하는 조건에서 상기 불소실란으로 표면처리 되는 것을 특징으로 하는, 코팅용액 조성물.

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