KR20160034279A

KR20160034279A - 중공실리카 입자의 제조방법, 중공실리카 입자 및 그를 포함하는 조성물 및 내부공동들이 형성된 시트

Info

Publication number: KR20160034279A
Application number: KR1020160031743A
Authority: KR
Inventors: 임형섭; 유영철; 권오성; 송은영; 김연주
Original assignee: (주)석경에이티
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2016-03-29
Also published as: US20150056438A1; KR101724603B1; KR20150021896A

Abstract

본 발명은 오일흡수율이 0.1 ml/g 이하, 수지와 혼합시에 중공입자의 기공율이 90% 이상이고, 용융 온도(Tm, melting temperature)가 130℃ ~ 200 ℃이며, 유기기를 갖는 규소 화합물을 주성분으로 하는 중공 실리카 입자를 제공하고, 상기 중공실리카 입자를 포함하는 조성물을 제공할 수 있다.
또한 기재, 및 기재의 표면에 형성되며 수지를 주성분으로 하는 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 복수의 내부 공동들(inner cavities)이 형성되며, 상기 내부공동들의 내주면의 일부에는 중공 입자의 성분이 부착된 것을 특징으로 하는 시트 및 이의 제조방법을 제시한다.
본 발명의 시트는 투명성 및 우수한 단열 성능을 가지며, 중공입자의 용융에 의해 간단하게 내부공동들을 형성할 수 있고, 또한 종래의 템플릿법, 졸-겔법 등의 제조방법에 의한 중공입자의 용융온도보다 훨씬 낮은 온도에서 본 발명의 중공 입자들이 용융되기 때문에 내부공동이 형성된 시트의 제조시에 사용되는 에너지를 최소화할 수 있다. 그리고 내부공동에 부착되어 잔존하는 중공입자들의 성분에 의해 수지를 주성분으로 하는 코팅층의 강도를 증가시킬 수 있다.

Description

중공실리카 입자의 제조방법, 중공실리카 입자 및 그를 포함하는 조성물 및 내부공동들이 형성된 시트{HOLLOW SILICA PARTICLES, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, COMPOSITION INCLUDING THE SAME AND SHEET WITH INNER CAVITIES}

본 발명은 복합적인 물성을 가지는 중공실리카 입자와 그 제조방법, 및 상기 중공실리카 입자를 포함하는 조성물 및 복수의 내부공동이 형성된 시트에 관한 것이다.

최근에 외장재로 유리 사용이 증가하고 있으며 냉·난방 에너지 중 창문으로 빠져나가는 열의 손실 비율이 전체 열손실의 39%로 가장 큰 비중을 차지한다. 따라서 에너지 소비를 개선할 수 있는 방안이 시급한 실정이며 창호 단열성능도 강화할 필요성이 대두되고 있다.

일본 공개공보 2006-145970 에서는 미립자를 이용하여 역오팔구조체를 형성한 구상공간에 등방상을 형성하는 액정이 충전된 조광재료를 게시하고 있으나, 미립자로서 실리카를 이용하는 경우에는 불산용액을 이용하여 제거하므로 공정이 필요하므로 친환경적이지 못한 문제가 있었다.

WO2007/124814 에서는 주형구체를 규칙적으로 배열하고 구체를 없앤 후 코어를 제거하고 구체의 틈새에 벽 재료의 전구체를 함침시키고 벽 재료를 형성해, 주형구체를 없애는 역오팔을 제조하므로 제조공정이 복잡하다. 따라서 코팅층 내에 내부공동들이 형성된 구조를 가지는 시트를 제조하기 위하여 간단하면서도 친환경적인 공정 및 그에 필요한 소재의 개발이 필요하다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여 중공 입자를 내부공동 형성물질로서 이용하여 코팅층 내에 내부공동들이 형성된 구조를 가지는 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 중공입자들의 Tm(melting temperature)과 수지의 경화온도의 차이를 이용하는 간단한 공정에 의해 시트 내에 복수개의 내부공동을 용이하게 형성함으로써 시트 제조시에 사용되는 에너지를 최소화하는 것을 목적으로 한다.

그리고 내부공동 형성물질인 중공입자를 제거하는 별도의 공정 없이 친환경적으로 내부공동들이 형성된 시트를 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 오일흡수율이 0.1 ml/g 이하, 수지와 혼합시에 중공입자의 기공율이 90% 이상, 용융 온도(Tm, melting temperature)가 130℃ ~ 200 ℃ 인 물성을 가지며, 표면에 유기기를 갖는 규소 화합물을 주성분으로 하는 중공 실리카 입자를 완성하였다. 상기 입자의 표면에는 -OH기, 메틸기, 에틸기, 페닐기, 아크릴기, 에폭시로부터 선택되는 1 이상을 관능기로서 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 입자는 입자분포 변동계수(CV)가 10% 이하로 단분산이며, 구형화도가 0.9 이상인 진구형 입자이며, 쉘의 두께가 평균입자 직경(Diameter)의 10 ~ 50% 인 것을 특징으로 한다.

상기 중공실리카 입자의 제조방법은 (a) 수용액에 알콕시실란을 첨가하고 교반하여 실란 액적을 생성하는 단계; (b) 상기 알콕시실란이 첨가된 수용액에 산을 가하여 실란을 가수분해하는 단계; (C) 상기 (b) 단계의 반응 용액에 염기 수용액을 첨가하여 실란 액적 간의 결합으로 1차 입자를 형성하는 단계; (d) 상기 염기 수용액이 첨가된 반응용액을 교반하여 상기 1차 입자를 중합시켜서 쉘을 형성하는 단계;(e) 상기의 쉘의 내부를 유기용매로 에칭시켜 중공을 형성하는 단계;및 (f) 상기 용액을 여과, 건조하는 단계; 를 포함한다.

원료물질은 알콕시실란은 페닐계 알콕시실란 또는 페닐기를 제외한 유기기를 갖는 알콕시실란일 수 있고, 페닐계 알콕시실란과 페닐기를 제외한 유기기를 갖는 알콕시실란의 혼합물일 수 있다. 상기 실란의 혼합물일 경우 페닐계 알콕시실란이 80 중량% 이상, 페닐기를 제외한 유기기를 갖는 알콕시실란이 20중량% 이하로 혼합하는 것이 바람직하다. 특히 페닐계 알콕시실란으로서 PTMS를 사용함이 바람직하며, 상기 방법에 의해 제조되는 1차 입자는 PPSQ 구조를 가진다.

상기 제조방법에서 (b) 단계에서 산 첨가 후 반응용액의 pH 가 1~5 인 것이 바람직하며, 교반시간은 0.5~10분인 것이 바람직하다. (c) 단계에서 염기 용액 첨가 후 반응용액의 pH 가 10 이상인 것이 바람직하며, 염기 용액은 NH₄OH, 또는 TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide), 옥틸아민 (octylamine, OA, CH₃(CH₂)₆CH₂H₂), 도데실아민(dodecylamine, DDA, CH3(CH₂)₁₀CH₂NH₂), 헥사데실아민(hexadecylamine, HDA, CH₃(CH₂)₁₄CH₂NH₂), 2-아미노프로판올, 2-(메틸페닐아미노)에탄올, 2-(에틸페닐아미노)에탄올, 2-아미노-1-부탄올, (다이이소프로필아미노)에탄올, 2-다이에틸아미노에탄올, 4-아미노페닐아미노이소프로판올, N-에틸아미노에탄올, 모노에탄올아민, 다이에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 다이이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 메틸디에탄올아민, 디메틸모노에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 디에틸모노에탄올아민으로 이루어지 군으로부터 선택되는 알킬아민 용액인 것을 특징으로 한다.

상기 (b) 단계 및 (d) 단계에서 반응 온도는 40~80℃인 것이 바람직하며, 상기 (f) 단계에서 여과 후 (g) 상기 여과물을 소니케이션(sonication)하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또다른 측면은 본 발명의 특징적 물성을 가지는 중공실리카 입자, 수지, 및 용매를 포함하는 조성물을 제공하는 것이며 전체 조성물에 대하여 중공실리카 입자는 30~80 중량%, 수지는 20~70중량%인 것이 바람직하다.

상기 수지는 열경화성 수지이며 열경화성 수지는 페놀수지, 에폭시 수지, 및 멜라민 수지로부터 선택되거나 그 혼합물들일 수 있고, 초기 경화온도는 중공실리카 입자가 용융되지 않도록 중공 실리카 입자의 용융 온도(Tm) 보다 낮은 것이 바람직하다. 또한 상기 수지는 UV경화성 수지를 사용할 수 있고 아크릴레이트계 고분자 수지들로부터 선택되는 하나 이상 또는 그 혼합물들을 사용할 수 있다.

폴리이미드(PI) 수지, C-PVC수지, PVDF 수지, ABS수지, CTFE 는 열전도도가 낮은 수지이므로, 이들을 상기 초기 경화온도가 중공 실리카 입자의 용융 온도(Tm) 보다 낮은 열경화성 수지 또는 UV경화성 수지들에 혼합하여 사용할 수 있고 따라서 코팅층의 단열효과를 높일 수 있다.

상기 조성물에는 기능성 부여를 위해 하드코팅제, UV 차단제, 및 IR 차단제를 더 추가할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은, 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성되며 수지를 주성분으로 하는 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 복수의 내부 공동들(inner cavities)이 형성되며, 상기 내부공동들의 내주면의 일부에는 중공 입자의 성분이 부착된 것을 특징으로 하는 시트에 관한 것이다. 여기서 상기 중공 입자의 성분은 유기기를 갖는 규소 화합물이다.

상기 복수의 내부 공동들은, 수지를 주성분으로 하는 코팅층내에서 서로 이격되어 형성되어 있다. 상기 복수의 내부 공동들은, 내부공동 형성물질로 단분산된 중공입자를 사용할 경우에는 동일한 크기를 가지지만, 크기가 상이한 2이상의 단분산된 중공입자를 사용하여 내부 공동의 크기구배에 따라 복수의 층들로 배치되게 할 수도 있다. 상기 내부공동의 직경은 40nm 이상이거나, 또는 500nm이하로 제조할 수 있다. 코팅층의 주성분인 수지는 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 시트는 내부공동내의 공기층으로 인해 단열기능을 가질 수 있고 첨가제 사용으로 UV 차단 및 IR 차단기능을 추가로 가질 수 있다. 상기 코팅층의 기재로는 폴리머 물질의 시트, 섬유, 필름, 또는 유리를 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은, (a) 본 발명의 특징적 물성을 가지는 중공실리카 입자, 수지, 및 용매를 포함하는 조성물을 기재에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; (b) 상기 코팅층을 경화시키는 단계; 및 (c) 상기 코팅층 내 중공 입자들을 용융시켜 복수의 내부공동들(inner cavities)을 형성하는 단계;를 포함하는 시트의 제조방법이다. 코팅층은 열경화 또는 UV 경화에 의해 경화 또는, 중공 입자의 용융 온도 이하에서 경화될 수 있다. 경화후 코팅층 내의 상기 중공 입자는 130℃~200℃의 열 또는 마이크로 웨이브에 의해 용융되어 코팅층 내부에 복수의 내부공동들이 형성된다.

본 발명에 따른 시트는 중공입자를 수지에 혼합한 조성물로 기재를 코팅한 후 중공입자를 용융시키는 단순한 공정으로 수지를 주성분으로 하는 코팅층에 공기를 함유한 여러개의 내부공동을 형성함으로써 투명성 및 우수한 단열 성능을 나타낸다.

그리고 열에 의해 용융된 중공입자들은 중력 방향으로 무너져 내려, 내부 공동의 내주면의 일부에 중공입자의 성분들이 부착되어 남아있으므로 수지를 주성분으로 하는 코팅층의 강도를 증가시킬 수 있다.

또한 종래의 탬플릿법에 의해 생성되는 중공 입자들의 용융온도에 비하여, 훨씬 더 낮은 온도에서 본 발명의 중공 입자들이 용융되기 때문에 내부공동이 형성된 시트의 제조시에 사용되는 에너지를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제조공정 중 가수분해된 PTMS 액적, 1차 입자, 및 쉘이 형성된 입자의 구조를 도식화한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 평균직경 100nm의 중공실리카 입자의 투과 전자현미경 사진(TEM),
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중공실리카 입자 및 수지를 포함하는 코팅층을 포함하는 시트의 단면도,
도 4는 상기 도 3의 시트 내의 중공실리카 입자가 용융되어 형성된 내부공동을 가지는 시트의 단면도,
도 5는 상기 도 3의 시트에 열을 가하여 내부 공동을 형성하고 유리에 부착하여 단열유리를 제조하는 공정을 보여주는 도면이다.

본 발명의 복합적인 물성을 갖는 중공 실리카 입자는 하기의 공정에 의해 제조될 수 있다.

중공 실리카 입자의 제조

본 발명의 중공 입자는, 원료물질인 알콕시실란을 수용액에 첨가하고, 교반하여 액적을 만든 후, 그 수용액에 산을 가하여 상기 알콕시실란 액적을 가수분해시킨다. 상기 반응용액에 염기성 수용액을 첨가하면 실란 액적들이 서로 결합되어 1차 입자를 형성하게 되고, 상기 반응용액을 교반하면 1차 입자가 중합되어 쉘이 형성된다. 상기 쉘 내부를 유기용매로 에칭시켜 중공을 형성하고, 여과, 건조 후 최종 입자 분말이 제조된다. 이하에서는 본 발명의 중공 실리카 입자의 제조공정을 설명한다.

1. 원료 물질

중공실리카 입자의 원료물질로서 알콕시실란을 사용한다. 알콕시실란계 화합물은 에폭시계알콕시실란, 비닐계알콕시실란, 아크릴계알콕시실란, 페닐계알콕시실란, 알킬계알콕시실란, 또는 아미노계알콕시실란 등이 있다. 특히 페닐계 알콕시실란 및 페닐기 이외의 유기그룹을 갖는 알콕시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상 또는 그들의 혼합물을 사용할 수 있다. 페닐계 알콕시실란의 예로서 페닐트리에톡시실란(SiO₃C₁₂H₂₀), 페닐트리메톡시실란(SiO₃C₉H₁₄), 디페닐디에톡시실란(SiO₂C₁₆H₂₀), 디페닐디메톡시실란(SiO₂C₁₄H₁₆) 등이 있다. 그리고 페닐계 알콕시실란과 페닐기 이외의 유기그룹을 갖는 알콕시실란을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 경우 페닐계 실란은 80중량% 이상, 그외의 실란은 20중량% 이하로 혼합하여 사용함이 바람직하고, 특히 페닐계 알콕시실란으로는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 PTMS(페닐트리메톡시실란,C₉H₁₄O₃Si)를 사용하는 것이 바람직하다.

2. 액적 생성

수용액에 알콕시실란을 첨가하면 알콕시실란은 수용액에 섞이지 못하므로 층 분리가 일어나게 되고 계속 교반하면 실란 액적을 형성하여 수용액에 분산된다.

3. 액적 가수분해

상기 수용액에 산을 첨가하면 산의 촉매역할에 의해 도 1의 (a)와 같이 알콕시실란의 -OR 기가 -OH기로 치환되고, 교반을 계속해주면 가수분해된 실란의 액적이 균일하게 수용액에 섞이게 된다. 산은 HCl, HNO₃ _,H₂SO₄ 등을 사용할 수 있고 반응용액의 pH 가 0.5 ~ 5 인 것이 바람직하다. 이때 반응액의 pH가 낮을수록 실란의 체인이 끊어져서 입자의 크기가 작아질 수 있고, 실란의 양이 많을 경우에는 쉽게 젤 형태로 반응이 진행되거나 입자 내에 중공이 형성되지 않을 수 있어 입자 생성의 제어가 어려울 수 있다. 또한 pH 가 5 이상일 때는 실란을 소량으로 사용하면 입자 및 중공이 형성되지 않을 수 있다.

*한편, 상기 산 첨가 후, 교반시간이 길수록 최종 생성되는 입자크기가 작아지나 입자가 응집하여 겔이 되어 중공이 형성되기 어렵거나, 교반시간이 너무 짧으면 실란 액적의 가수분해가 충분히 일어나지 않아서 중공 입자가 생성되기 어려울 수 있으므로, 교반시간은 바람직하게는 0.5 ~ 10 분 사이, 더욱 바람직하게는 1~5분 사이가 적절하다.

액적의 크기는 반응기의 교반속도에 따라 달라질 수 있으며, 액적의 크기에 따라 최종입자 크기가 결정될 수 있다. 교반속도는 200rpm 이상이 바람직하며, 수십nm에서 수㎛ 의 직경의 크기를 가지는 입자를 만들 수 있다.

반응시 40℃ 미만에서는 입자생성이 어려울 수 있고 고농도에서는 입자끼리 응집하여 겔 형태가 되기 쉽고, 쉘의 두께가 두꺼워져 중공의 크기가 작아질 수 있다. 80℃ 를 초과하면 염기가 휘발하여 반응조건을 조절하기 어려울 수 있고, 쉘의 내부가 녹지 않아 중공입자가 만들어지지 않을 수 있으므로 반응시 온도는 40~80℃가 바람직하다. 한편 PTMS의 가수분해 반응식은 하기와 같다.

[반응식 1]

PhSi(OMt)₃ + H₂O --> PhSi(OH)(OMt)₂

PhSi(OH)(OMt)₂+ H₂O --> PhSi(OH)₂(OMt)

PhSi(OH)₂(OMt) + H₂O --> PhSi(OH)₃

4. 1차 입자 형성

상기 알콕시실란이 가수분해된 용액에 염기 용액을 첨가하면 염기 용액이 촉매 역할을 하여 실란 액적간의 반응으로 도 1의 (b)에서 나타낸 바와 같이 1차 입자가 형성된다. 염기 용액은 NaOH, Ca(OH)₂, KOH, NH₄OH 등의 염기, 바람직하게는 NH₄OH 또는 알킬아민 종류의 무기염기를 사용할 수 있으며, 전체 반응액이 pH 10 이상이 바람직하다. 알킬아민은 NH₄OH, 또는 TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide), 옥틸아민 (octylamine, OA, CH₃(CH₂)₆CH₂H₂), 도데실아민(dodecylamine, DDA, CH₃(CH₂)₁₀CH₂NH₂), 헥사데실아민(hexadecylamine, HDA, CH₃(CH₂)₁₄CH₂NH₂), 2-아미노프로판올, 2-(메틸페닐아미노)에탄올, 2-(에틸페닐아미노)에탄올, 2-아미노-1-부탄올, (다이이소프로필아미노)에탄올, 2-다이에틸아미노에탄올, 4-아미노페닐아미노이소프로판올, N-에틸아미노에탄올, 모노에탄올아민, 다이에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 다이이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 메틸디에탄올아민, 디메틸모노에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 디에틸모노에탄올아민으로 이루어지 군으로부터 선택될 수 있다.

상기 반응은 40℃ 미만에서는 입자끼리 응집하여 겔 형태가 되기 쉬우므로 중공 입자의 생성이 어려울 수 있고, 쉘의 두께가 너무 두꺼워져 중공의 크기가 작아질 수 있고, 80℃ 를 초과하면 염기가 휘발하여 반응조건을 조절하기 어렵고, 쉘의 내부가 녹지 않아 중공입자가 만들어지지 않을 수 있기 때문에 40~80℃에서 진행함이 바람직하다.

[반응식 2]

2Ph-Si(OH)₃ → Ph-Si(OH)₂-O-Si(OH)₂-Ph

5. 쉘 형성

상기 염기 용액이 첨가된 수용액을 교반하여 1차 입자들을 실록산 결합에 의해 중합시켜서 유기용매에 불용성인 쉘을 형성한다. 상기 쉘의 두께는 실리카 입자의 평균직경의 5 ~ 45% 가 바람직하다. PTMS를 원료물질로 하여 입자를 형성할 경우 쉘의 구조는 하기 화학식 2와 같은 망상의 PPSQ 구조를 갖는다.

[반응식 3]

Ph-Si(OH)₂-O-Si(OH)₂-Ph → +n[Ph-Si(OH)₃] → 망상의 PPSQ(Networked polyphenylsilsesquioxane)

6. 에칭

상기 불용성 쉘의 내부에는 미반응 알콕시실란 올리고머 및 미반응 액적이 존재하며, 이들을 유기용매를 사용하여 에칭시킴으로써 내부의 중공을 형성한다. 유기용매는 에탄올 또는 메탄올 등을 포함하여 일반적으로 사용되는 것이면 무방하다.

한편, 상기 여과물을 소니케이터를 이용하여 추가로 소니케이션(sonication)함으로써 입자의 표면의 불순물을 제거하여 입자표면을 더욱 매끄럽게 만들 수 있고, 소니케이션은 5초 ~ 40분 이내로 실시하는 것이 바람직하다.

7. 여과 및 건조

상기 여과물을 진공오븐에서 1~10 시간 건조시키면 진공도에 상응한 온도에서 수분의 증발 또는 승화가 일어나 건조된다.

상기 생성된 중공실리카입자에 실란 커플링제를 처리하여 질산화, 술폰화, 아민화, 할로겐화, 등의 알려진 방법에 의해 입자의 표면을 개질하는 단계를 더 적용할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 중공입자의 제조시에는 금속산화물 등의 템플릿이 필요 없으며, 많은 시간과 높은 에너지 비용을 요하는 소성 공정을 필요로 하지 않으므로, 간단한 제조공정을 통하여 복합적인 물성을 가지는 중공실리카 입자를 얻을 수 있게 된다.

중공실리카 입자의 물성

상기 제조방법에 의해 얻어진 중공 실리카 입자는 유기기를 갖는 규소화합물을 주성분으로 하며 물성 측정 결과 오일흡수율이 0.1 ml/g 이하이고, 수지와 혼합시에 기공율이 90% 이상이며, 용융 온도(Tm, melting temperature)가 130℃ ~ 200 ℃ 이다. 또한 입자분포 변동계수(CV 값)가 10% 이하인 단분산된 입자들일 수 있으며, 쉘의 두께는 평균입자 직경(Diameter)의 10 ~ 50% 일 수 있고, 구형화도가 0.9 이상인 진구형의 입자일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 중공실리카 입자가 가지는 물성 및 그 측정방법을 함께 설명한다.

1) 용융 온도(melting temperature : Tm)

본 발명에서는 DSC (Differential Scanning Calorimeter)를 이용하여 중공 실리카 입자의 용융 온도(melting temperature : Tm)를 측정하였다.

DSC는 열분석 데이터 처리 장치를 갖춘 NETZSCH사의 모델 DSC 200PC 이며, 인듐(Tm=156.6℃, ΔHf=28.5J/g)을 이용하여 온도 검정을 하였다. 본 실험에서는 실험적인 방법으로 가장 널리 쓰이는 중간점법을 사용하였고 Tm은 최대 피크에서의 온도를 측정하였다. 측정결과 본 발명의 중공 입자들의 용융온도는 130℃ ~ 200 ℃ 이내인 것으로 확인되었다.

2) 오일흡수율

종래의 템플릿 제조법에 의해 얻어지는 중공실리카 입자는 표면에 존재하는 세공이 많고 크기가 크기 때문에 제조 후에 별도의 소성 및 표면처리를 하여야 한다. 그러나 본 발명의 중공입자는 표면에 세공의 크기가 아주 작아서 구형의 표면이 실질적으로 평활하므로 이러한 처리를 하지 않아도 된다. 여기서 "평활" 이란 표면에 미세한 세공이 거의 존재하지 않고 쉘의 표면이 파임, 틈, 흠, 균열, 돌출, 홈 등과 같은 임의의 고르지않은 부분이 없다는 것을 의미한다. 본 발명의 입자의 평활도는 주사 전자 현미경(SEM)으로 측정할 수 있고 오일 흡수율, 수지와 혼합시 기공율 등을 통하여 확인할 수 있다.

오일 흡수율은 러브-아웃 방법(rub-out method; ASTM D281)을 이용하여 측정되었다. 이러한 방법은 뻣뻣한 퍼티(stiff putty)형 페이스트가 형성될 때까지 매끄러운 표면 상에 스패튤라를 이용하여 아마인유/실리카 혼합물을 문지름으로써 아마인유를 실리카와 혼합하는 원리를 기초로 한다. 분무될 때 감겨지는(curl) 페이스트 혼합물을 갖도록 요구되는 오일의 양을 측정함으로써, 실리카의 오일 흡수율이 계산될 수 있는데, 이는 실리카 흡착 능력을 포화시키기 위해 실리카 단위 중량당 요구되는 오일의 부피를 나타낸다. 오일 흡수 수준이 높으면 표면의 세공이 다수 존재하거나 세공의 크기가 크다는 것을 의미하며 낮은 수준의 값은 실리카 입자의 쉘 표면에 세공이 거의 존재하지 않는다는 것을 나타낸다. 오일 흡수율은 하기 방정식으로부터 결정될 수 있다:

오일흡수율 = 오일량 ㎖ / 실리카 100g

3) 기공율

기공율은 입자에서 기공이 차지하는 비율을 의미하며, 중공실리카 입자를 수지와 혼합하였을 때 중공 내부로 스며든 수지의 양으로 확인할 수 있다. 상기 중공내부로 스며든 수지의 양은 오일흡수율과 동일하게 측정하고 수지의 양이 적을수록 내부의 중공이 유지됨을 나타낸다.

본 발명이 입자들의 표면은 매끈하고 아주 작은 세공들이 존재하므로, 입자를 수지 내에 충진하는 경우 수지가 입자의 중공내로 스며드는 양이 매우 적다. 따라서 기공율이 크면 상기 입자 내부에 공기를 포함하는 공간이 크다는 것을 의미한다.

4) 입자분포 변동계수(CV 값)(단분산도)

주사전자 현미경주사전자 현미경(FE-SEM, JEOL사 JSM-6701F)을 이용하여 입자를 촬영(25만배)하고, 이 화상의 25개의 입자에 대해 화상해석장치를 이용하고, 평균입자직경을 측정하여, 입자직경분포에 관한 변동계수(CV 값)를 산정하였다. 구체적으로는 입자 250개에 대해 각각의 입자 직경을 측정하여 그 값으로부터 평균 입자 직경 및 입자 직경의 표준편차를 요구해 하기 식으로부터 산정하였다.

입자분포 변동계수(CV (%)) = (입자 직경의 표준 편차(σ)/평균 입자 직경(Dn))×100

변동계수가 크면 다양한 크기의 입자가 섞여있어 비표면적이 증가하기 때문에 수지에 수지와 혼합한 조성물 제조시에 중공입자 충진율이 50% 이상이 될 수 없고 따라서 투명, 단열, 강도 등의 특성이 우수한 시트를 제조하기 어럽다.

5) 구형화도

매우 둥근형으로서의 본 발명의 실리카 입자의 특징 분석은 입자의 단면구조를 도시하는 주사전자현미경주사전자현미경(FE-SEM, JEOL사 JSM-6701F) 사진으로 측정하여 짧은 직경(DS)과 긴 직경(DL)과의 비(DS/DL)로 표현된다. 실리카 입자의 대표적인 샘플을 수집하고 주사전자현미경(SEM)으로 시험하였다. 입자의 구형화도는 이후에 하기 방정식에 따라 계산될 수 있다.

구형화도 = 둘레²/4π×면적

상기 식에서, 둘레는 입자의 윤곽분석된 추적으로부터 유도된 소프트웨어 측정 둘레이며, 면적은 입자의 추적된 둘레 내의 소프트웨어 측정 면적이다. 상기 계산은 SEM 이미지 내에서 전체적으로 적합한 각 입자에 대해 수행된다. 이러한 값들은 이후에 값에 따라 분류되며, 이러한 값들 중 하위 20%는 버려진다. 이러한 값들 중 나머지 80%는 평균화된다. 도 2의 입자에 대한 구형도 계수(S₈₀)는 0.98인 것으로 확인되었다. 도 2의 전자 현미경 사진으로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명의 입자의 구형화도(S₈₀)가 0.9 이상으로 매우 진구에 가까운 구형 형상 입자임을 알 수 있다.

6) 쉘의 두께

"평균 직경" 은 샘플 내 모든 입자에 대해서 평균한 직경으로서 이해된다.

실리카 입자의 대표적인 샘플을 수집하고 주사전자현미경(FE-SEM, JEOL사 JSM-6701F)으로 실리카 입자의 직경을 측정하였다. 그리고 중공 부분의 내경은 투과 전자현미경 사진(TEM, FEI사 TECNAI G2 F30 S-TWIN)으로 측정하였다.

그리고 조액을 만드는 단계에서 입자가 깨지지 않아야 하고, 중공비율이 커서 내부공동이 크도록 적합한 쉘 두께를 가져야 한다. 만약 쉘의 두께가 너무 두꺼우면 내부 중공 체적이 적어져 단열성이 떨어지고 중공이 막혀버릴 수 있고, 쉘의 두께가 너무 얇으면 입자가 깨질 수 있다. 본 발명의 중공실리카 입자의 셀의 두께는 평균입자 직경(Diameter)의 10 ~ 50% 인 것이 바람직하다.

7) 관능기

상기 입자는 표면에 -OH기, 메틸기, 에틸기, 페닐기, 아크릴기, 에폭시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 관능기를 가질 수 있다.

중공실리카 입자와 수지를 포함하는 코팅용 조성물

본 발명의 또 다른 실시예로서, 기재에 코팅층을 형성하기 위한 조성물이 제공된다. 본 발명의 조성물은 앞서 설명한 바와 같은 복합적인 물성을 지니는 중공실리카 입자와 수지, 유기용매 등을 혼합하여 제조할 수 있다.

전체 조성물 중의 중공실리카 입자는 30~80 중량%, 수지는 20-70 중량% 으로 혼합하는 것이 바람직하다. 중공실리카 입자가 30중량% 보다 적은 경우에는 시트 제조시 공동형성물질로서 사용될 경우에 코팅층의 내부공동들이 적어서 시트의 효과를 충분히 달성하기 어렵고, 80중량% 를 초과할 경우에는 수지의 함량이 적어져서 경화효율이 떨어질 수 있다.

상기 수지는 열경화성 수지 또는 UV경화성 수지를 사용할 수 있다. 열경화성 수지의 경우 초기 경화온도가 중공 실리카 입자의 용융 온도(Tm)보다 낮아야, 코팅후 경화시 중공 실리카 입자의 용융을 방지할 수 있다. 열경화성 수지는 페놀수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지 등으로부터 선택될 수 있고 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다. UV 경화성 수지는 올리고머, 모노머, 광중합 개시제, 및 각종 첨가제 등으로 구성되고, 올리고머는 수지의 물성을 좌우하는 중요한 성분으로, 중합 반응에 의해 고분자 결합을 형성하여 경화 피막을 이루며 골격 분자의 구조에 따라 폴리에스테르계, 에폭시계, 우레탄계, 폴리에테르계, 폴리아크릴계 등으로 분류된다. UV 경화성 수지는 에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 고굴절률 아크릴레이트(HIGH REFRACTIVE INDEX ACRYLATE), 폴리에스테르아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 고분자 수지들로부터 선택될 수 있다.

그리고 상기 열경화성 수지 및 UV 경화성 수지에 폴리이미드(PI) 수지, C-PVC수지, PVDF 수지, ABS수지, CTFE와 같이 열전도도가 낮은 수지들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 일반적인 UV경화수지의 열전도도가 0.2~0.4 W/m·K 인데 비해 폴리이미드(PI)는 0.19 W/m·K, c-PVC 는 0.14 W/m·K, PVDF 는 0.13 W/m·K, ABS 는 0.17 W/m·K, CTFE 는 0.13 W/m·K 이다. 즉, 이들은 열전도도가 모두 0.1 ~ 0.2 W/m·K 범위이내이므로 열경화성 수지 및 UV 경화성 수지들과 혼합하여 사용할 경우 코팅층은 단열기능을 가질 수 있다.

그리고 상기 조성물에는 하드코팅제, UV 차단제, 또는 IR 차단제를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 첨가제는 공지의 것을 사용하며 그 외에 필요한 경우 추가적 기능을 부여하는 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본원에서 사용되는 "조성물"은 기재에 적용 후 고체 필름으로 전환되는, 실리카를 포함하는 어떠한 액체, 액화가능 또는 매스틱(mastic) 조성물을 나타낸다. 상기 조성물은 어떠한 구조물의 표면의 내부 또는 외부에 적용될 수 있다.

조성물은 코팅에 존재할 수 있는 폴리머 및 안료 매트릭스의 무결성을 유지시키면서 우수한 단열성을 나타낼 수 있고 단열시트, 유리창 등의 주택, 건축분야, 자동차 창 등의 코팅에도 사용할 수 있다.

내부공동들이 형성된 시트

본 발명의 또 다른 실시태양으로, 내부공동들이 형성된 코팅층을 포함하는 시트를 제조할 수 있다.

본 발명의 시트(1)는 기재(100), 및 상기 기재의 표면에 형성되며 수지(230)를 주성분으로 하는 코팅층(200)을 포함한다. 상기 코팅층에는 복수의 내부 공동들(inner cavities)(210)이 형성되어 있고, 상기 내부공동의 내주면의 일부에는 중공 입자의 성분(400)이 부착되어 있다.

도 3은 기재에 중공입자(400)와 수지(230)를 포함한 조성물이 도포되어 코팅층(200)이 형성된 후 경화되어 제조된 시트를 나타내며, 도 4는 상기 도 3의 코팅층(200) 내의 중공입자가 용융되어 내부공동들(210)이 형성되었으며, 그 내부공동들의 일부에 중공입자의 성분(220)이 부착되어 있는 시트를 나타낸다. 상기 코팅층 내의 복수의 내부 공동들(210)은 코팅층 제조시 수지와 혼합되어 있던 중공 입자들이 용융됨으로써 형성된 것이다. 상기 복수의 내부공동들은, 서로 이격되어 있고 공동형성 물질로서 단분산된 중공입자를 사용할 경우 그 크기가 균일하다. 그리고 직경이 500nm이하인 비교적 작은 공동들이 형성된 시트를 제조할 수 있으며, 상기 내부공동의 최소 직경이 40nm 이상인 시트를 제조할 수 있다.

중공입자는 열처리 또는 마이크로웨이브에 의해 용융되어 무너져 내리고 도 4에서와 같이 상기 내부공동의 내주면 일부에 중공입자의 성분(200)이 부착되어 남게 된다. 중공입자의 성분은 유기기를 가지는 규소화합물로서 SiO₂, PPSQ 등이다. 코팅층은 잔존하는 중공입자의 성분으로 인해 경도가 더 높아질 수 있다.

한편, 상기 내부공동들 사이의 공간에는 수지(230)가 경화되어 있으며 수지는, 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지일 수 있다. 코팅층의 주성분은 수지이며 코팅층 제조시 조성물에 첨가된 첨가제들에 따라서 UV 차단 및 IR 차단기능을 추가로 가질 수도 있다. 코팅층은 내부공동의 공기층에 의하여 투명성, 단열성 등의 특성을 가질 수 있다.

기재는 폴리머 물질의 시트, 섬유, 필름, 또는 유리를 사용할 수 있다. 기재는 특히 한정되지 않지만, 예를 들어, 글라스로 대표되는 무기계 기재, 금속기재, 폴리카보네이트나 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴수지, 불소수지, 트리아세틸셀루로오스, 폴리이미드 수지로 대표되는 유기계 기재를 들 수 있다. 바람직하게는 폴리머 물질의 시트, 섬유, 필름, 또는 유리 등이며, 특히 필름 기재는 PET, PE 등 통상적으로 적용될 수 있는 필름일 수 있다. 같은 기재는 단독이어도 상관없으며, 이종재료가 적층되어 있는 것이어도 상관없다. 또한, 기재표면에 미리 다른 층이 적어도 1층 이상이 형성되어 있어도 상관없다. 예를 들어, 다른 층으로서, 자외선 경화형 하드코드층, 전자선 경화형 하드코드층, 열경화형 하드코드층을 들 수 있다. 코팅방법은 당해 기술 분야에서 공지된 적당한 임의의 코팅 방법을 사용할 수 있고 코팅시킨후 코팅층을 열 또는 UV 광선으로 경화시킨다.

상기 코팅층의 두께는 제품 및 용도에 따라 임의로 선택하여 조절할 수 있으며 바람직하게는 1~500㎛의 두께로 코팅하는 것이 좋으며 상기 범위를 벗어날 경우에는 열전도율이 높아지거나 가시광선 투과율이 떨어질 수 있다. 코팅층은 UV 차단 및 IR 차단기능을 추가로 가질 수 있으며, 상기 코팅층에 별도로 UV 차단층 및 IR 차단층을 적층하여 제조할 수도 있다. 또한 본 발명의 시트는 가시광선 투과율 70% 이상을 나타내며, 열전도율 0.03w/m.k 미만으로서 투명 단열 특성을 가질 수 있다. 열전도율의 측정은 직경 30 ㎝, 두께 20 ㎜의 원판형으로 한 시트 2장을 측정 시료로 하고, 측정 장치로서, 보호 열판법 열전도율 측정 장치(에이코세이키 가부시키가이샤 제조)를 사용할 수 있다. 코팅층의 경도는 시험 온도 (23±2)℃, 상대 습도 (50±5)%의 조건에서 연필경도계를 사용하여 45도 각도 및 1Kg 하중의 조건으로 코팅표면의 경도를 연필로 정하여 긁어서 스크래치의 유무를 시험하며 연필은 미쓰비시 UNI 로 할 수 있다.

내부공동이 형성된 시트의 제조방법

한편, 본 발명의 또다른 실시양태인 내부공동이 형성된 시트의 제조방법에 대해 도면을 참고하여 설명한다.

상기 시트의 제조방법은 본 발명의 중공입자를 포함한 조성물을 기재에 기재에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계와, 코팅층을 경화시키는 단계와, 코팅층 내 중공 입자를 용융시켜 복수의 내부공동들(inner cavities)을 형성하고, 상기 내부공동의 내주면의 일부에는 중공입자의 성분이 부착되는 단계;를 포함한다.

즉, 중공입자를 포함하는 코팅층을 형성하고 경화하여 시트를 형성한 후에, 코팅층 내 중공 입자를 용융시키면 중공입자 형태만이 남아 복수의 내부공동들(inner cavities)을 형성하고, 중공 입자성분은 녹아내려 상기 공동의 내주면 일부에 부착하여 잔존하게 된다. 상기 경화는 코팅층의 주성분인 수지에 따라서 열경화 또는 UV 경화에 의할 수 있다. 열경화시에는 초기 코팅층의 경화온도는 중공입자가 용융되지 않고 코팅층 내에 존재할 수 있도록 중공입자들이 용융되는 온도보다 낮아야 한다. UV 경화시에는 365nm 파장, 700mJ 에서 경화될 수 있다.

상기 경화된 코팅층 내의 중공 입자는 열 또는 마이크로 웨이브에 의해 용융될 수 있으며 이들의 용융온도는 130℃~200℃ 가 바람직하며 노출시간은 1~5분 이내가 바람직하다. 상기 온도에서는 중공입자만이 용융되어 경화된 수지층은 그대로 존재하고 중공입자가 있던 자리에 내부 공동들이 형성된다. 또한 상기 중공입자의 성분들은 형성된 공동들의 내주면에 부착되어 잔존한다. 여기서 "부착된"이라는 용어는 " ~ 에 위치한" 또는 "접촉하고 있는" 과 동일한 의미이다. 즉, 중공입자의 쉘이 용융됨으로써 중공입자의 외경크기만큼의 내부공동이 형성되어 공기를 함유함으로써 단열효과가 높아지고, 중공입자의 성분이 잔존함으로 인하여 내구성이 더 높아지게 되는 효과가 있다. 이로써, 본 발명의 시트는 투명, 내구성, 무색, 유연성, 및 기재에 적용가능성이 높은 장점을 가진다.

그리고 도 5는 중공입자를 포함하는 코팅층을 130~200℃의 열을 가하여 연속적으로 융융시키는 공정을 나타내며 상기의 방법으로 제조된 시트(1)를 같이 종래의 알려진 방법에 따라서 유리 또는 판유리(pane glass)(300)에 부착하여 단열유리를 제조할 수 있다. 상기 단열유리는 전도열전달(conduction heat transfer) 및 대류열전달(conduction heat transfer) 모두를 감소시키는데 효과적이며, 열전도율이 0.015~0.035 w/mK 이며 가장 바람직하게는 0.03 w/mK 이하이다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아님은 당업자에게 있어서 명백한 사실이며, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

실시예 1

250ml 플라스크에 물(150ml), 페닐트리메톡시실란(PTMS)(1ml)을 넣고, 질산(60%, 0.2ml, 2.6mmol)을 첨가하여 반응용액의 pH 가 3이 되도록 하였다. 반응용액은 60 ℃에서 4분 동안 교반하였다. 이어, 반응용액에 암모니아수(30%, 10ml, 308mmol)를 첨가하고 60 ℃에서 1시간 30분 동안 교반하여 쉘을 형성하고 20ml 에탄올로 쉘 내부를 에칭하였다. 생성된 반응물을 0.2 ㎛ 크기의 여과막으로 여과한 후 120℃ 에서 건조시켜, 파우더 형태의 중공 실리카 입자를 얻었다.

도 2의 투과 전자현미경 사진(TEM)에 나타난 바와 같이 생성된 입자들은 단분산된 구형의 입자이고 내부에 밝게 보이는 중공이 형성된 중공입자이다. 입자들의, 오일 흡수율, 수지와 혼합시에 기공율, 입자분포 변동계수(CV 값)은 표 1에 나타내었다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 페닐트리메톡시실란(PTMS)(0.8ml)과 TEOS(0.2ml)를 혼합하여 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 중공 실리카 입자를 얻었으며, 생성된 입자의 물성을 표 1에 나타내었다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 페닐트리메톡시실란(PTMS)(0.8ml)과 VTMS(0.2ml)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 중공 실리카 입자를 얻었으며, 생성된 입자의 물성을 표 1에 나타내었다.

실시예 4

상기 실시예 1에서페닐트리메톡시실란(PTMS)(0.8ml)과 MPTMS(0.2ml)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 중공 실리카 입자를 얻었으며, 생성된 입자의 물성을 표 1에 나타내었다.

실시예 5

상기 실시예 1과 동일하되 질산(60%, 0.2ml, 4mmol)을 첨가하여 반응용액의 pH 가 1이 되도록 하여 입자를 얻었다.

실시예 6

상기 실시예 1과 동일하되 질산을 첨가한 반응용액을 9분 동안 교반하여 입자를 얻었다.

실시예 7

상기 실시예 1과 동일하되 질산을 첨가한 반응용액을 80 ℃에서 교반하여 입자를 얻었다.

	Tm(℃)	CV (%)	평균입자직경(nm)	오일 흡수율 (㎖/g)	기공율(%)
실시예 1	158	3.1	100	0.018	92
실시예 2	167	4.2	110	0.015	85
실시예 3	170	3.8	130	0.016	90
실시예 4	174	4.3	150	0.015	91
실시예 5	158	3	98	0.016	91
실시예 6	158	3	90	0.017	90
실시예 7	158	3	100	0.016	92

표 1에서와 같이, 실시예 1~7에 따라 생성된 중공입자들은 Tm 이 130 ~ 200℃ 이내이며, 표면의 세공의 크기가 아주 작으며, 크기가 균일한 단분산된 입자임을 알 수 있다.

실시예 8

실시예 1에 따라 제조된 중공실리카 입자를 전체 조성물의 60중량%, UV Acrylate(Monomers) 수지를 30중량%, 나머지는 공지의 유기용매 및 개시제를 혼합하여 조성물 제조하였다.

실시예 9

실시예 1에 따라 제조된 중공실리카 입자를 전체 조성물의 60중량%, 2화 비닐리덴(PVDF)를 30중량%, 나머지는 공지의 유기용매 및 첨가제를 혼합하여 조성물 제조하였다.

실시예 10

실시예 1에 따라 제조된 중공실리카 입자를 전체 조성물의 60중량%, 페놀수지를 30중량%, 나머지는 공지의 유기용매 및 첨가제를 혼합하여 조성물 제조하였다.

실시예 11

실시예 1에 따라 제조된 중공실리카 입자를 전체 조성물의 60중량%, 에폭시 수지를 30중량%, 나머지는 공지의 유기용매 및 첨가제를 혼합하여 조성물 제조하였다.

실시예 12

실시예 8의 조성물을 PEN 필름의 편면에 바코팅으로 도포한 후, UV램프를 이용하여 365nm 파장, 700mJ/cm² 에서 20초간 조사하여 경화시켰다. 제조된 시트의 표면에는 두께 125 ㎛의 코팅층이 형성되었다. 상기 시트에 135℃의 열을 3분 동안 가하고 식힌 후 열전도율, 가시광선 투과율, 경도 등의 물성을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

실시예 13

실시예 9의 조성물을 이용하여 실시예 12에서와 같이 시트를 제조하였다.

실시예 14

실시예 10의 조성물을 PEN 필름의 편면에 바코팅으로 도포한 후, 86℃에서 1분간 경화시켰다. 제조된 시트의 표면에는 두께 125 ㎛의 코팅층이 형성되었다. 상기 시트에 135℃의 열을 3분 동안 가하고 식힌 후 물성을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

실시예 15

실시예 11의 조성물을 PEN 필름의 편면에 바코팅으로 도포한 후, 103℃에서 1분간 경화시켰다. 제조된 시트의 표면에는 두께 125 ㎛의 코팅층이 형성되었다. 상기 시트에 135℃의 열을 3분 동안 가하고 식힌 후 물성을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

실시예 16

실시예 8의 조성물을 PEN 필름의 편면에 바코팅으로 도포한 후, UV램프를 이용하여 365nm 파장, 700mJ/cm² 에서 20초간 조사하여 경화시켰다. 제조된 시트의 표면에는 두께 125 ㎛의 코팅층이 형성되었다. 상기 시트를 유리에 부착하면서 135℃의 열을 3분 동안 가하여 상기 코팅층 내의 중공입자들을 연속적으로 용융시킴으로써 본 발명의 단열시트가 부착된 단열유리를 제조하였다.

실시예 17

실시예 10의 조성물을 PEN 필름의 편면에 바코팅으로 도포한 후, 86℃에서 1~3분 경화시켰다. 제조된 시트의 표면에는 두께 125 ㎛의 코팅층이 형성되었다. 상기 시트를 유리에 부착하면서 135℃의 열을 3분 동안 가하여 상기 코팅층 내의 중공입자들을 연속적으로 용융시킴으로써 본 발명의 단열시트가 부착된 단열유리를 제조하였다.

	수지	초기경화온도 (℃)	UV파장/ 에너지	열처리온도(℃)	열전도율 (w/mK)	가시광선 투과율(%)	경도(H)
실시예 12	아크릴레이트		365nm, 700mJ/cm²	135	0.028	80	7
실시예 13	2화 비닐리덴(PVDF)		365nm, 700mJ/cm²	135	0.029	70	7
실시예 14	페놀수지	86	-	135	0.021	75	7
실시예 15	에폭시수지	112	-	135	0.020	70	7
실시예 16	아크릴레이트		365nm, 700mJ/cm²	135	0.022	75	7
실시예 17	페놀수지	86		135	0.021	70	7

상기 실시예 12~15 에 따라 제조된 시트는 복수개의 내부공동들이 형성되어 있고 열전도율이 0.03 w/mK 이하로서 단열성능이 우수하고, 가시광선 투과율은 70% 이상으로 투명하였고, 경도가 7이상으로 강도가 높다는 것이 확인되었다.

100;기재 200;코팅층
210;내부공동 220;중공입자성분
230;수지 300;유리
400;중공입자

Claims

오일흡수율이 0.1 ml/g 이하, 수지와 혼합시에 중공입자의 기공율이 90% 이상, 용융 온도(Tm, melting temperature)가 130℃ ~ 200 ℃이며, 유기기를 갖는 규소 화합물을 주성분으로 하는 중공실리카 입자.
제1항에 있어서, 상기 입자의 표면에 -OH기, 메틸기, 에틸기, 페닐기, 아크릴기, 에폭시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상을 관능기로서 가지는 중공실리카 입자.
제1항에 있어서, 상기 입자분포 변동계수(CV)가 10% 이하인 중공실리카 입자.
제1항에 있어서, 구형화도가 0.9 이상인 중공실리카 입자.
제1항에 있어서, 쉘의 두께는 평균입자 직경(Diameter)의 10 ~ 50% 인 중공실리카 입자.
(a) 수용액에 알콕시실란을 첨가하고 교반하여 실란 액적을 생성하는 단계;
(b) 상기 알콕시실란이 첨가된 수용액에 산을 가하여 실란 액적을 가수분해시키는 단계;
(C) 상기 (b) 단계의 반응 용액에 염기 수용액을 첨가하여 알콕시실란 액적 간의 결합으로 1차 입자를 형성하는 단계
(d) 상기 염기 수용액이 첨가된 반응용액을 교반하여 상기 1차 입자를 중합시켜서 쉘을 형성하는 단계
(e) 상기의 쉘의 내부를 유기용매로 에칭시켜 중공을 형성하는 단계;
(f) 상기 용액을 여과, 건조하는 단계; 를 포함하는 중공 실리카입자의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 1차 입자는 PPSQ 구조인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 알콕시실란은 페닐계알콕시 실란, 및 페닐기를 제외한 유기기를 갖는 알콕시실란으로부터 선택되는 1 이상 또는 그들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 알콕시실란의 혼합물은 페닐계 알콕시실란이 80 중량% 이상, 페닐기를 제외한 유기기를 갖는 알콕시실란이 20중량% 이하로 혼합된 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 페닐계 알콕시실란은 PTMS인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 산 첨가 후 반응용액의 pH 가 1~5 인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 교반시간은 0.5~10분인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 염기 용액 첨가 후 반응용액의 pH 가 10 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 염기 용액은 NH₄OH, 또는 TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide), 옥틸아민 (octylamine, OA, CH₃(CH₂)₆CH₂H₂), 도데실아민(dodecylamine, DDA, CH3(CH₂)₁₀CH₂NH₂), 헥사데실아민(hexadecylamine, HDA, CH₃(CH₂)₁₄CH₂NH₂), 2-아미노프로판올, 2-(메틸페닐아미노)에탄올, 2-(에틸페닐아미노)에탄올, 2-아미노-1-부탄올, (다이이소프로필아미노)에탄올, 2-다이에틸아미노에탄올, 4-아미노페닐아미노이소프로판올, N-에틸아미노에탄올, 모노에탄올아민, 다이에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 다이이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 메틸디에탄올아민, 디메틸모노에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 디에틸모노에탄올아민으로 이루어지 군으로부터 선택되는 알킬아민 용액인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (b) 단계 및 (d) 단계에서 반응 온도는 40~80℃인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (f) 단계에서 여과 후 (g) 상기 여과물을 소니케이션(sonication)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항의 중공실리카 입자, 수지, 및 용매를 포함하는 조성물.
제17항에 있어서, 전체 조성물에 대하여 중공실리카 입자는 30~80 중량%인 것을 특징으로 하는 조성물.
제17항에 있어서, 전체 조성물에 대하여 수지는 20~70 중량%인 것을 특징으로 하는 조성물.
제17항에 있어서, 상기 수지는 초기 경화온도가 중공 실리카 입자의 용융 온도(Tm) 보다 낮은 열경화성 수지, 또는 UV경화성 수지인 조성물.
제20항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 페놀수지, 에폭시 수지, 및 멜라민 수지로부터 선택되는 1종 이상 또는 이들의 혼합물인 조성물.
제20항에 있어서, 상기 UV경화성 수지는 아크릴레이트계 고분자 수지인 조성물.
제20항에 있어서, 상기 수지는 폴리이미드(PI) 수지, C-PVC수지, PVDF 수지, ABS수지, CTFE 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제17항에 있어서, 하드코팅제, UV 차단제, 및 IR 차단제로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
기재, 및 상기 기재의 표면에 형성되며 수지를 주성분으로 하는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 복수의 내부 공동들(inner cavities)이 형성되며, 상기 내부공동들의 내주면의 일부에는 중공 입자의 성분이 부착된 것을 특징으로 하는 시트.
제25항에 있어서, 상기 중공 입자의 성분은 유기기를 갖는 규소 화합물인 시트.
제25항에 있어서, 상기 복수의 내부 공동들은, 서로 이격되어 형성된 시트.
제25항에 있어서, 상기 내부공동의 직경이 40nm 이상인 시트.
제25항에 있어서, 상기 내부공동의 직경이 500nm이하인 시트.
제25항에 있어서, 상기 수지는 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지인 시트.
제25항에 있어서, 상기 코팅층은 UV 차단 및 IR 차단기능을 갖는 것을 특징으로 하는 시트.
제25항에 있어서, 상기 시트는 단열기능을 갖는 것을 특징으로 하는 시트.
제25항에 있어서, 상기 기재는 폴리머 물질의 시트, 섬유, 필름, 또는 유리인 것을 특징으로 하는 시트.
(a) 제17항의 조성물을 기재에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계;
(b) 상기 코팅층을 경화시키는 단계; 및
(c) 상기 코팅층 내의 중공실리카 입자들을 용융시켜 복수의 내부공동들(inner cavities)을 형성하는 단계;를 포함하는 시트의 제조방법.
제34항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 경화는 열경화 또는 UV 경화에 의한 시트의 제조방법.
제35항에 있어서, 상기 열경화시 경화 온도는 중공 실리카입자의 용융 온도(Tm) 이하인 시트의 제조방법.
제34항에 있어서, 상기 중공실리카 입자는 열 또는 마이크로 웨이브에 의해 용융되는 것을 특징으로 하는 시트의 제조방법.
제37항에 있어서, 상기 중공실리카 입자들의 용융 온도는 130℃~200℃ 인 시트의 제조방법.