KR20160112589A - 하니컴 표면 코팅액 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알콜 200 ~ 300 중량부에 알킬기를 가지는 실리케이트 100 중량부 및 메톡시 실란 21~71 중량부를 첨가한 후 교반하여 실리케이트-메톡시 실란 용액을 제조하고, 상기 실리케이트-메톡시 실란 용액에 물 25~35 중량부 및 질산 1.0~2.0 중량부를 혼합한 후, 40~60 ℃에서 2~3 시간동안 교반한 후 20~28 시간 유지하여 유무기 하이브리드 코팅 바인더를 준비하는 단계; 및 상기 유무기 하이브리드 코팅 바인더를 유해 가스 제거 촉매와 혼합하는 단계를 포함하는 하니컴 표면 코팅액 제조방법에 관한 것이다.

Description

하니컴 표면 코팅액 제조방법{Method of manufacturing coating fluid of honeycomb surface}

본 발명은 하니컴 표면 코팅액 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유무기 바인더를 사용하여 하니컴 표면에서의 밀착성을 향상시키는 하니컴 표면 코팅액 제조방법에 관한 것이다.

취기현상이란 여러 종류의 성분이 혼합되어 있는 복합적인 냄새가 직접 인간의 감각에 호소하는 것으로, 일반적으로 취기란 "냄새"와 "향기"를 모두 나타내는 단어이다. 통상적으로 취기란 악취를 의미하며 황화수소, 메르캅탄류, 아민류, 기타 자극성 있는 기체상 물질이 인간의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 것으로 일반적으로는 다성분 저농도의 혼합기체라고 볼 수 있다. 이러한 취기 농도가 감지될 수 없을 정도로 미량일 때 이 공기는 냄새가 없는 무취라고 말해진다. 따라서 취기를 제거하기 위해서는 불쾌한 악취 농도를 적절히 감소시키던지 냄새를 바꾸어 감지되는 것을 막는 것이 필요하다. 오염된 실내공기는 먼지나 세균에 의한 알레르기성 호흡기 질환, 음식물 등에서 발생하는 악취로 인한 신경성 질환, 새로 신축한 건물 등에 입주했을 때 건물 자재나 도료로부터 발생된 VOC(휘발성유기화합물) 등으로 인한 구토나 어지러움, 알레르기 등의 증상이 나타나는 빌딩증후군 등을 일으킨다. 현재 우리나라에서 발생하는 주요 악취를 보면 황화수소, 메틸메르캅탄, 황화메틸, 이황화 메틸, 암모니아, 트리메틸아민, 아세트알데히드, 스티렌 등이 있으며 이를 제거하기 위하여 최근에는 가정에서도 탈취제 및 방향제를 한두가지 정도 사용하게 되었다.

현재 실내공기 정화의 방법으로는 활성탄 등의 흡착제를 이용한 냄새 흡착제나 향기를 이용한 방향제, 화학적 반응을 이용한 일회성 에어로졸(aerosol) 제품을 이용한 방법이 주류를 이루고 있으며, 일회성 흡착 필터와 전기집진기가 부착된 공기청정기와 이보다 한단계 진보된 형태의 광촉매를 이용한 방법들이 있다. 실내공기 청정을 위한 기존 광촉매 제품으로는 광촉매 공기 살균시스템이 있으며, 고성능 광촉매(이산화티타늄)와 자외선을 이용한 광촉매 반응(Photocatalysis)으로 실내공기의 세균 살균은 물론 인체에 유해한 물질(VOCs)을 분해하는 기술을 이용하고 있다. 종래의 광촉매에 관련된 실내공기 정화 system의 특징을 요약하면 단순히 자외선 램프를 이용하거나, 실내의 미세 먼지류를 위주로 제거하는 필터나 전기 집진형 system, 광촉매를 스텐메쉬, 수지, 세라믹하니콤 등의 기재에 코팅하여 사용하는 system등로 요약할 수 있다.

한편 세라믹 하니콤 등의 기재에 코팅을 하여 사용하는 탈취제의 경우에는 촉매입자를 지지체 표면에 코팅을 하기 위해서는 바인더의 성분 및 최종 코팅후의 표면 상태가 매우 중요한데, 현재 시중에 판매되는 대부분의 유무기 바인더는 촉매의 표면을 감싸는 성능을 급격히 저하시키며, 코팅 강도도 뛰어나지 않는 문제가 있다.

표면코팅용 바인더로는 유기폴리머계와 무기계 바인더로 나누어 생각할 수 있는데, 유기폴리머계는 코팅 후 상용성과 유연성이 우수한 장점은 가지고 있으나 표면경도가 약하고 열적으로 취약한 단점이 있고, 무기계 코팅액의 경우 합성단계에서 온도제어가 필요하고, 코팅 후 표면 경도는 우수하나 코팅층의 균열이 발생하기 쉬워 산업적으로 응용에 제약이 많다. 또한 무기계의 경우 고형분이 증가할 수록(30% 이상) 제조 후 저장 안정성이 좋지 않아 냉장보관을 필요로 하고 상온에서 보관 할 경우 1주일 이상 상온에서 방치할 경우 코팅액의 겔(gel)화가 진행되어 코팅액으로 사용이 불가능하게 된다.

이러한 유기폴리머와 무기계 바인더의 단점을 극복하고 표면 코팅 강도를 향상시킬 수 있는 표면 코팅액의 제조방법의 개발이 시급한 실정이다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기존의 유기(PE) 바인더가 아닌 유무기 하이브리드 바인더를 사용하여 하니컴 표면에 유해가스를 제거하는 촉매입자의 밀착력을 향상시킨 하니컴 표면 코팅액 제조방법을 제공한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 알콜 200 ~ 300 중량부에 알킬기를 가지는 실리케이트 100 중량부 및 메톡시 실란 21~71 중량부를 첨가한 후 교반하여 실리케이트-메톡시 실란 용액을 제조하고, 상기 실리케이트-메톡시 실란 용액에 물 25~35 중량부 및 질산 1.0~2.0 중량부를 혼합한 후, 40~60 ℃에서 2~3 시간동안 교반한 후 20~28 시간 유지하여 유무기 하이브리드 코팅 바인더를 준비하는 단계; 및 상기 유무기 하이브리드 코팅 바인더를 유해 가스 제거 촉매와 혼합하는 단계를 포함하는 하니컴 표면 코팅액 제조방법을 제공할 수 있다.

상기 알콜은 메탄올, 에탄올 및 이소프로필 알콜(IPA)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며,알킬기를 가지는 실리케이트는 테트라에칠 실리케이트 및테트라메틸올소 실리케이트(TEOS)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며, 메톡시 실란은 페닐 트리메톡시실란(PTMS), 메틸트리메톡시 실란 및 메틸트리에톡시 실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 페닐 트리메톡시실란(PTMS)는 21~57 중량부인 것을 특징으로하는 하니컴 표면 코팅액 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 유무기 하이브리드 코팅 바인더와 유해가스 제거 촉매와의 혼합비는 1:1인 것을 특징으로 하는 하니컴 표면 코팅액 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조된 하니컴 표면 코팅액을 제공할 수 있으며, 상기 코팅액으로 코팅된 하니컴 기반 탈취제를 제공할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 유무기 하이브리드 바인더를 합성하고 하니컴 표면에 촉매/바인더 혼합 코팅액의 제조방법을 제공함으로써, 하니컴 표면의 코팅력을 우수하게 하여 탈취제의 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하니컴 표면의 코팅액 제조방법의 단계도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유무기 하이브리드 바인더 코팅막의 연필경도 테스트 후의 코팅막의 상태를 광학현미경으로 확인한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 허니컴 표면을 코팅한 후의 사진이다.
도 4는 촉매 코팅막 밀착력을 테스트하는 실험 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하니컴 표면의 코팅액 제조방법의 단계도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 유무기 하이브리드 코팅 바인더를 준비하는 단계 및 코팅 바인더를 유해가스 제거 촉매와 혼합하는 단계를 포함하는 하니컴 표면 코팅액 제조방법을 제공한다.

우선 유무기 하이브리드 코팅 바인더의 제조는 알콜 200 ~ 300 중량부에 알킬기를 가지는 실리케이트 100 중량부 및 메톡시 실란 21~71 중량부를 첨가한 후 교반하여 실리케이트-메톡시 실란 용액을 제조하고, 상기 실리케이트-메톡시 실란 용액에 물 25~35 중량부 및 질산 1.0~2.0 중량부를 혼합한 후, 40~60 ℃에서 2~3 시간동안 교반한 후 20~28 시간 유지하여 제조된다.

상기 알킬기를 가지는 실리케이트는 테트라에칠 실리케이트, 테트라메틸올소 실리케이트(TEOS) 중 어느 하나에서 선택할 수 있으며, 상기 메톡시 실란은 페닐 트리메톡시실란(PTMS), 메틸트리메톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란 중 어느 하나에서 선택되 수 있고, 상기 알콜은 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜(IPA) 중 어느 하나에서 선택될 수 있다.

한편 상기 메톡시실란은 10~20분간 천천히 첨가하는 것이 바람직한 것으로, 첨가속도를 10분 이내로 빠르게 하면 바인더의 합성 후 안정성에 있어 침전 등의 문제가 발생한다. 즉, 메톡시 실란을 빠르게 첨가하면 발열 반응이 급격하게 일어나 투명한 액으로 제조되지 않게 된다.

이런 유무기 하이브리드 바인더의 주요 장점은 경도(무기 망목구조의 양)와 유연성(유기 가교의 성질 및 양)의 자유로운 조합이며 또한 유기 분자들의 무기 망목구조에의 공유결합에 의한 망목구조의 수식제로 작용하여 유무기 하이브리드재료의 화학적으로 안정된 (용해되지 않는) 기능성을 구현할 수 있다.

본 발명은 상기 유무기 하이브리드 코팅 바인더 준비 단계이후에 상기 제조된 유무기 하이브리드 코팅 바인더를 유해 가스 제거 촉매와 혼합하는 공정을 통하여 허니컴의 표면에서 부착력이 우수한 코팅액을 제조할 수 있다.

상기 촉매는 유해 가스 제거를 위해 알려진 일반적인 촉매를 말하며, 상용 알루미나(Al₂O₃)에 담지된 M/Al₂O₃(M= Mn, Fe, CO, Ni, Cu) 촉매인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

실험예 1

유무기 하이브리드 바인더 합성

용액을 합성하기 위하여 출발용액으로 테트라에틸 올소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, (TEOS, JUNSEI 99.5%)), 페닐 트리메톡시실란(Phenyl trimethoxysilane, (PTMS, ALDRICH 97%)), 이소프로필알콜(2-propanol, ALDRICH 99.5%), 질산(Nitric acid, DEAJUNG 60%), 증류수(Distilled water)를 사용하였다.

출발용액 중에 PTMS의 중량부(몰비)에 변화를 주어 코팅된 막의 특성을 확인하기 위하여 아래의 표 1과 같이 출발용액의 중량비를 정하고 실시예 1~4 용액을 합성하였다.

용액을 합성하는 순서는 용매 이소프로필알코올(IPA)에 TEOS 와 PTMS를 각각 첨가하여 약 10분간 교반하고, 물과 질산을 혼합한 용액을 TEOS-PTMS 용액에 한방울씩 떨어뜨리면서 섞어주었다. 이때 국부적인 가수분해를 방지하기 위하여 TEOS-PTMS 용액은 교반하면서 혼합하였다. 용액의 축합 및 반응성을 강화시키기 위하여 위에서 합성한 용액을 약 50에서 3시간 동안 교반시켜주었으며, 24시간 숙성한 후 코팅액으로 사용하였다.

실험예 2

유기 하이브리드 바인더 코팅막의 특성

합성된 용액을 코팅하기 위하여 Dip 코터를 사용하여 유리 기판을 코팅액에 침적시킨후 인상속도 3.0mm/s로 기판을 인상하고 상온에서 10분 건조한 후 200에서 30분 열처리를 하였다

코팅막의 경도를 확인하기 위하여 연필경도 테스터기를 사용하여 750g 하중으로 일본 미쯔비시사 연필(Uni)을 사용하여 테스트를 하였다.

각 실시예 1~4를 이용하여 코팅한 막의 연필경도를 확인한 결과, 실시예 1은 7H, 실시예 2의 막은 8H, 용액 3과 용액 4의 코팅막은 9H를 나타냈다. 실시예 4가지중 코팅용액의 안정성 및 용액의 점도를 고려할 때 실시예 3번 조성으로 합성한 코팅액이 가장 바람직하다고 판단된다. 연필경도 테스트 후 코팅막의 상태를 광학현미경으로 확인한 사진을 도 2에 나타내었다.

실험예 3

촉매+하이브리드 바인더 코팅

유해 가스 제거 촉매(Cu/Al₂O₃)와 실시예 3번 조성으로 합성한 하이브리드 바인더를 혼합하여 하니컴에 코팅한 후 밀착력을 확인해 보았다. 촉매 분말(Cu/Al₂O₃) 5g 과 바인더를 3g, 4g, 5g을 각각 혼합한 후 허니컴 표면에 Dip 코팅을 하고 100 ℃에서 10 분 건조한 후 촉매가 허니컴에서 떨어지는지를 확인한 결과, 바인더를 3g, 4g을 넣고 혼합한 용액으로 코팅한 막은 손으로 문질렀을 때, 촉매 입자가 떨어지는 것을 확인하였으며, 바인더 5g을 혼합한 코팅액으로 제조한 막의 경우는 촉매 입자가 분리되지 않는 것으로 확인되었다. 그러므로 촉매입자와 하이브리드 바인더의 혼합비는 1:1이 바람직하다. 도 3은 코팅전 허니컴과 촉매 코팅후 허니컴의 비교사진을 나타낸다.

한편, 촉매입자와 하이브리드 바인더 코팅막의 밀착력을 확인하기 위하여 Cross cut tape test (ASTM D 3359) 법의 시험 조건으로 코팅면에 약 1mm 간격으로 커터를 사용하여 가로, 세로 11줄을 격자 모양으로 그은 후 3M 테이프를 붙였다 떼어낸 후 떨어진 면적을 확인한 결과, 도 4에서 보듯이 테스트 전과 비교해 볼 때 테스트 후의 떨어진 면이 5% 미만인 것으로 판단 되기 때문에 ASTM Class는 4B 정도로 우수한 밀착력을 보이는 것으로 확인 되었다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.

Claims (3)

1. 알콜 200 ~ 300 중량부에 알킬기를 가지는 실리케이트 100 중량부 및 메톡시 실란 21~71 중량부를 첨가한 후 교반하여 실리케이트-메톡시 실란 용액을 제조하고, 상기 실리케이트-메톡시 실란 용액에 물 25~35 중량부 및 질산 1.0~2.0 중량부를 혼합한 후, 40~60 ℃에서 2~3 시간동안 교반한 후 20~28 시간 유지하여 유무기 하이브리드 코팅 바인더를 준비하는 단계; 및
   상기 유무기 하이브리드 코팅 바인더를 유해 가스 제거 촉매와 혼합하는 단계를 포함하며,
   상기 알콜은 메탄올, 에탄올 및 이소프로필 알콜(IPA)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며,
   상기 알킬기를 가지는 실리케이트는 테트라에칠 실리케이트 및 테트라메틸올소 실리케이트(TEOS)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며,
   상기 메톡시 실란은 페닐 트리메톡시실란(PTMS), 메틸트리메톡시 실란 및 메틸트리에톡시 실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하니컴 표면 코팅액 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 페닐 트리메톡시실란(PTMS)는 21~57 중량부인 것을 특징으로 하는 하니컴 표면 코팅액 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서
   상기 유무기 하이브리드 코팅 바인더와 상기 유해가스 제거 촉매와의 혼합 중량비는 1:1인 것을 특징으로 하는 하니컴 표면 코팅액 제조방법.
   
   

Images