KR20160124717A - 복합기능 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법 - Google Patents

복합기능 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코팅 대상 제품과 내지문성 코팅층 사이에 항균층을 형성시켜 내지문성 코팅층의 내구성, 신뢰성 및 내식성을 향상시키면서 동시에 항균성도 나타낼 수 있는 복합 기능의 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법을 제공한다.
이를 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 제품의 표면에 형성되는 코팅 구조는, 상기 제품의 표면에 형성되는 항균층; 및 상기 항균층 위에 형성되는 내지문성 코팅층을 포함한다.

Description

복합기능 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법{MUTIFUNCTIONAL COATING STRUCTURE AND FORMING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 항균성 및 내지문성을 동시에 발휘하는 복합기능 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법에 관한 것이다.
전자제품의 디스플레이부, 예를 들어 TV의 화면, PC나 노트북의 모니터 화면, 휴대폰이나 PDA 등 모바일 기기의 화면 또는 전자제품의 터치패널은 사용자가 손으로 접촉하거나 통화를 하기 위해 얼굴을 대는 경우 지문이나 얼굴의 지방질, 단백질 등의 성분, 화장품 등이 그 표면에 부착되어 더러움이 눈에 잘 띄게 되고 보기에도 지저분하게 된다.
이와 같이 발열이 존재하는 화면 또는 터치 패널에 붙은 화장품, 기름, 손때 등은 병원균이 발생하고 번식하기 좋은 환경을 제공하며 이로 인하여 피부 트러블은 물론 대장균, 포도상구균 등에 의한 질병에 걸릴 수 있다.
기존에는 발수성, 발유성의 불소를 포함하는 피막을 그 표면에 형성하거나 발수성 실리콘수지 골격을 입혀 내지문성 코팅층을 형성하는 방법 등이 도입되고 있다.
이런 내지문 코팅층의 형성방법으로 종래에는 AG(Anti-Glare) 코팅, IF(Invisible-Fingerprint) 코팅과 AF(Anti-Fingerprint) 코팅이 주로 사용되고 있다. 먼저 AG 코팅은 패널의 표면에 미세 요철을 형성시켜 난반사를 줄임으로써 지문 방지 효과를 얻을 수 있도록 하는 방법이고, IF 코팅은 지문 점착시 지문성분을 퍼지게 함으로써 난반사를 줄여 지문 방지 효과를 얻을 수 있는 방법이며, AF 코팅은 easy cleaning성 및 슬립감 향상을 위해 패널의 표면에 스프레이 또는 증착 방법에 의해 코팅층을 형성시키는 방법이다. 특히 IF코팅이나 AF코팅의 경우 내마모 향상을 위해 코팅 대상 제품의 표면에 전자빔을 이용한 진공증착 방법에 의해 이산화규소(SiO2)를 증착시킨 후, 그 상부에 IF 및 AF 코팅층을 형성시킨다.
그러나, 이와 같은 내지문 코팅은 미생물에 표면이 오염되었을 때 세균 번식을 억제하고 사멸할 수 있는 기능이 없는 실정이다.
본 발명은 코팅 대상 제품과 내지문성 코팅층 사이에 항균층을 형성시켜 내지문성 코팅층의 성능을 유지하면서 항균 성능도 동시에 부가한 복합기능 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 제품의 표면에 형성되는 코팅 구조는, 상기 제품의 표면에 형성되는 항균층; 상기 항균층 위에 형성되는 내지문성 코팅층을 포함한다.
상기 항균층의 두께는 50~400Å일 수 있다.
또는, 상기 항균층의 두께는 100~200Å일 수 있다.
또한, 상기 항균층의 조성물은 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체로 이루어질 수 있다.
이때, 무기 담체는 제올라이트, 지르코늄 포스페이트, 칼슘 포스페이트, 칼슘 아연 포스페이트, 세라믹, 가용성 유리 분말, 알루미나 실리콘, 티타늄 제올라이트, 아파타이트, 실리카에서 선택될 수 있으며 바람직하게는 수산화기를 가지고 있는 실리카를 포함하는 2종 이상의 복합체일 수 있다.
또한, 항균 금속은 은, 아연, 구리, 주석, 백금, 바륨, 마그네슘, 게르마늄, 티탄, 칼슘으로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
또는, 상기 항균층의 조성물은 아미노실란기가 형성된 유기 담체 및 항균 금속의 복합체로 이루어질 수 있다.
이때, 유기 담체는 알지네이트, 펙틴, 카세인, 카라기난, 폴리아크릴산, 폴리(아크릴산-비닐알콜)공중합체, 폴리(비닐피롤리돈-아크릴산)공중합체, 말레산 공중합체, 폴리비닐설페이트, 폴리(비닐설폰산), 폴리비닐 포스포닉 산, 디아민, 폴리아민, 디에틸렌 트리아민 펜타-아세트산(DTPA), 테트라에틸렌트리아민(TET), 에틸렌디아민(EDA), 디에틸렌 트리아민(DETA), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 디메틸글리옥심, 폴리아미노카르복시산, 에틸렌티오우레아 및 이미노우레아로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 항균 금속은 은, 아연, 구리, 주석, 백금, 바륨, 마그네슘, 게르마늄, 티탄, 칼슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
또한, 항균층은 제품 위에 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-금속 복합체로 코팅하고 나서 아미노실란기가 형성된 유기-담체-항균 금속 복합체를 코팅한 이중층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 표면에 복합 기능 코팅 구조가 형성되는 제품에 있어서, 상기 코팅 구조는, 상기 제품의 표면에 형성되는 항균층; 및 상기 항균층 위에 형성되는 내지문성 코팅층을 포함한다.
여기서, 제품은 사용자에게 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함하고, 제품의 표면은 디스플레이부의 표면일 수 있다.
이때, 항균층의 두께는 50Å 내지 400Å일 수 있다.
또는, 항균층의 두께는 100Å 내지 200Å일 수 있다.
상기 항균층의 조성물은 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체를 포함할 수 있다.
또는, 상기 항균층의 조성물은 아미노실란기가 형성된 유기 담체-항균 금속 복합체를 포함할 수 있다.
항균 금속은 은, 아연, 구리, 주석, 백금, 바륨, 마그네슘, 게르마늄, 티탄, 칼슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
또한, 항균층은 제품 위에 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-금속 복합체로 코팅하고 나서 아미노실란기가 형성된 유기-담체-항균 금속 복합체를 코팅한 이중층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 제품의 표면에 복합 기능 코팅 구조를 형성하는 방법에 있어서, 상기 제품의 표면에 항균층을 형성하고; 상기 항균층 위에 내지문성 코팅층을 형성하는 것을 포함한다.
이때, 상기 항균층의 형성 및 내지문성 코팅층의 형성은 진공 증착에 이루어질 수 있다.
항균층의 두께는 100Å 내지 200Å일 수 있다.
또는, 항균층의 두께는 100Å 내지 200Å일 수 있다.
상기 항균층의 조성물은 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체를 포함할 수 있다.
또는, 상기 항균층의 조성물은 아미노실란기가 형성된 유기 담체-항균 금속 복합체를 포함할 수 있다.
항균 금속은 은, 아연, 구리, 주석, 백금, 바륨, 마그네슘, 게르마늄, 티탄, 칼슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
또한, 항균층은 제품 위에 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-금속 복합체로 코팅하고 나서 아미노실란기가 형성된 유기-담체-항균 금속 복합체를 코팅한 이중층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법에 의하면, 코팅 대상 제품과 내지문성 코팅층 사이에 항균층을 형성시킴으로써 내지문성 코팅층의 내구성, 신뢰성 및 내식성을 향상시킴과 동시에 항균성도 나타낼 수 있다. 즉, 우수한 항균력을 지닌 항균 금속으로 인해 제품 표면에서 사용자의 타액과 기도분비물 및 주변의 부유하는 유해 균으로 인해 기생하는 각종 세균의 생성과 번식을 효과적으로 차단시키므로 위생적인 제품 사용 및 피부 알러지나 트러블 등의 방지를 통해 사용자의 만족감을 극대화할 수 있게 된다는 유용성을 갖는다.
도 1에는 기존의 방식으로 제품 표면에 형성된 내지문성 코팅 구조를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 내지문성 코팅 구조를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 3a는 기판 위에 형성된, 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체를 코팅하여 얻은 항균층의 일례를 도시한다.
도 3b는 기판 위에 형성된, 아미노실란기가 형성된 유기 담체-항균 금속 복합체를 코팅하여 얻은 항균층의 일례를 도시한다.
도 4에는 도 1의 기존의 내지문성 코팅 구조의 샘플 및 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조의 샘플에 대한 대장균 접종 후 24시간 배양 후 살아 있는 대장균을 클로니(Colony)화한 이미지가 나타나 있다.
도 5에 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조의 형성 방법을 간략하게 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도 6에는 피막 형성의 건식 공정의 일 예로서 진공증착 공정이 도시되어 있다.
도 7에는 피막 형성의 습식 공정의 예시들이 도시되어 있다.
도 8에 진공 증착 방식으로 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조를 형성하는 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1에는 기존의 방식으로 제품 표면에 형성된 내지문성 코팅 구조를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 기존에는 제품 표면에 이산화규소(SiO2)층을 코팅하고, 그 위에 내지문성 코팅층을 코팅하여 제품의 표면을 보호하고 지문을 방지하는 내지문성 코팅 구조를 형성하였다.
이산화규소층을 코팅하는 것은 내지문성 코팅층과 이산화규소층 사이의 결합을 통해 내구성 또는 내마모성을 향상시키기 위함이다. 그러나, 이러한 내지문성 코팅에는 미생물에 표면이 오염되었을 때 세균 번식을 억제하고 사멸할 수 있는 항균효과가 없다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 기능 코팅 구조를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 기능 코팅 구조(100)는, 코팅 대상이 되는 제품의 표면에 형성되는 항균층, 항균층 위에 형성되는 내지문성 코팅층(이하 내지문성 코팅층이라 함.)을 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 기능 코팅 구조(100)는, 단순히 제품의 표면과 내지문성 코팅 조성물의 결합력을 향상시키는 이산화규소(SiO2)층 대신에 항균층을 제공하여, 제품의 표면과 내지문성 코팅 조성물의 결합력뿐만 아니라 항균성을 발휘할 수 있다.
여기서, 코팅 대상이 되는 제품은 휴대폰, PDA 등의 휴대용 단말기나 TV, 컴퓨터 모니터 등의 디스플레이 장치 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 사용 중 사용자의 지문 등 이물질이 묻을 수 있거나 표면에 코팅층이 형성될 수 있는 것이면 제품의 종류에 제한은 없다.
또한, 코팅 구조가 형성되는 제품의 표면은 제품에 구비되는 터치 스크린 패널의 표면이나 LCD, LED 등의 표시부의 표면 등을 포함하나 역시 이에 한정되는 것은 아니며, 사용 중 사용자의 지문 등의 이물질이 묻을 수 있거나 표면에 코팅층이 형성될 수 있는 것이면 된다.
일 구체예에 따르면, 항균층의 조성물은 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체를 포함할 수 있다.
도 3a는 기판 위에 형성된, 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체를 코팅하여 얻은 항균층을 도시한다. 도 3a에서 영문자 M은 항균 금속을 나타내며, 수산화된(hydroxylated) 무기 담체의 일례로서 수산화된 실리카가 도시되어 있다.
무기 담체의 예로서, 제올라이트, 지르코늄 포스페이트, 칼슘 포스페이트, 칼슘 아연 포스페이트, 알루미노 포스페이트, 세라믹, 가용성 유리 분말, 알루미나 실리콘, 티타늄 제올라이트, 아파타이트, 실리카, 탄소나노튜브(CNT)를 들 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 다공성을 가져서 항균 금속과 이온 교환에 의해 결합할 수 있는 것이면 이용할 수 있다.
일반적으로 무기 담체는 항균 금속과 이온교환에 의해 결합하여 무기 담체-항균금속 복합체를 형성하여 항균제로서 이용되고 있다. 그러나, 무기 담체-항균 금속을 제품의 표면에 코팅하여 항균층을 형성하고, 그 위에 내지문 코팅층을 형성하면 항균층과 내지문 코팅층 사이의 결합력이 약하여 코팅이 지속되지 않는다.
이에, 본 발명자는 무기 담체를 수산화(hydroxylation)하여, 즉 무기 담체에 수산기를 형성하여 무기 담체-항균 금속 복합체를 포함하는 조성물로 항균층을 형성하면 우수한 결합성을 나타냄을 밝혀냈다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 어떤 무기 담체를 수산화(hydroxylation)하는 방법이라도 이용할 수 있다. 무기 담체의 수산화방법의 일례로서, 무기 담체와 실리카를 1:1의 중량비로 교반혼합 후, 소성하여 수산화된 무기 담체를 얻을 수 있다.
원래 수산화기를 포함하지 않는 무기 담체뿐만 아니라 수산화기를 포함하는 무기 담체도 수산화(hydroxylation)시켜서 제품과 내지문 코팅 사이의 결합력을 향상시킨다.
다른 일 구체예에 따르면, 항균층의 조성물은 아미노실란기가 형성된 유기 담체-항균 금속 복합체를 포함할 수 있다.
도 3b는 기판 위에 형성된, 아미노실란기가 형성된 유기 담체-항균 금속 복합체를 코팅하여 얻은 항균층을 도시한다. 도 3b에서 영문자 M은 항균 금속을 나타내며, 아미노실란기가 형성된 유기 담체의 일례로서 실릴 리간드(Silyl Ligand)가 도시되어 있다.
또한 유기 담체의 예로서, 알지네이트, 펙틴, 카세인, 카라기난, 폴리아크릴산, 폴리(아크릴산-비닐알콜)공중합체, 폴리(비닐피롤리돈-아크릴산)공중합체, 말레산 공중합체, 폴리비닐설페이트, 폴리(비닐설폰산), 폴리비닐 포스포닉 산, 디아민, 폴리아민, 디에틸렌 트리아민 펜타-아세트산(DTPA), 테트라에틸렌트리아민(TET), 에틸렌디아민(EDA), 디에틸렌 트리아민(DETA), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 디메틸글리옥심, 폴리아미노카르복시산, 에틸렌티오우레아 및 이미노우레아를 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 유기 담체는 항균 금속과 배위결합하여 유기 담체-항균 금속 복합체를 형성하여 항균제로 이용된다. 그러나, 이런 유기 담체-항균 금속을 제품의 표면에 코팅하여 항균층을 형성할 때, 제품 표면에 결합하지 않는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자는 유기 담체를 아미노실란으로 개질하여 유기 담체에 아미노실란기를 형성시킨 유기 담체-항균 금속 복합물을 이용한 항균층은 제품 표면과의 우수한 결합성을 나타냄을 밝혀 냈다.
유기 담체에 아미노실란기를 형성하면, 아민기(-NH2)는 항균 금속과의 배위결합을 통해 항균 금속과의 결합성이 향상함과 동시에 실란기는 유리 등과 같은 제품 표면과의 결합성이 향상될 수 있다.
기술분야에서 알려진 방법으로 유기 담체와 아미노실란을 반응시켜서 유기 담체에 아미노실란기를 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 유기 담체와 아미노실란을 1:1의 중량비로 교반혼합하여 유기 담체에 아미노실란기를 형성할 수 있다.
아미노실란의 예로서, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필-트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필-메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필-트리에톡시실란 및 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필-트리이소프로폭시실란을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
수산화된(hydroxylated) 무기 담체-금속 복합체를 형성하는 방법은 제한이 없지만, 일례로서 수산화된(hydroxylated) 무기 담체를 정제수에 풀어 슬러리로 만든 후 묽은 산 수용액으로 pH가 5 내지 8이 되도록 처리한 후, 항균성 금속 이온을 녹인 수용액을 슬러리에 서서히 주입하고 교반하여 이온교환반응을 시킨 후, 슬러리를 여과, 건조, 분쇄하여 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-금속 복합체를 형성할 수 있다.
또한, 아미노실란기를 형성시킨 유기 담체-항균 금속 복합물을 형성하는 방법은 제한이 없지만, 일례로서 아미노실란기가 형성된 유기 담체와 항균 금속을 물 속에서 교반혼합하여 배위 결합 반응을 시킨 후, 여과, 건조, 분쇄하여 아미노실란기를 형성시킨 유기 담체-항균 금속 복합체를 형성할 수 있다.
또한, 항균층은 제품 위에 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-금속 복합체로 코팅하고 나서 무기 담체-금속 복합층 위에 아미노실란기가 형성된 유기 담체-항균 금속 복합체로 코팅하여 형성될 수 있다.
이 경우 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-금속 복합체의 코팅층은 항균층으로서 기능을 할 뿐만 아니라 유기 담체-항균 금속 복합체의 코팅층의 프라이머층으로서 기능을 할 수 있다.
무기 담체 또는 유기 담체와 복합체를 형성하는 항균 금속의 예로서, 은, 아연, 구리, 주석, 백금, 바륨, 마그네슘, 게르마늄, 티탄, 칼슘을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또는 바람직하게 항균 금속은 은, 아연, 구리일 수 있다.
이런 항균 금속에 의한 항균 메카니즘으로, ① 습식 분위기에 대해 용출된 금속 이온이 세균의 단백질과 결합해서 세균 세포를 파괴해 세균의 증식을 억제 또는 사멸시키는 것과 ② 금속의 촉매작용에 의해 공기 중의 산소, 수중의 용존 산소가 활성 산소로 변화해서 세균의 표면 구조에 손상을 주는 것을 생각할 수 있다. 이런 항균 금속은 제품의 내구연수동안 항균 효과를 지속시킬 수 있어 유리하다.
항균 금속으로 아연이 이용되는 경우, 아연은 아연 아세테이트, 산화아연, 탄산아연, 수산화아연, 염화아연, 황산아연, 아연 시트레이트, 불화아연, 요오드화아연, 아연 락테이트, 아연 올레에이트, 아연 옥살레이트, 인산아연, 아연 프로피오네이트, 아연 살리실레이트, 아연 셀레네이트, 아연 실리케이트, 아연 스테아레이트, 황화아연, 아연 탄네이트, 아연 타르트레이트, 아연 발레레이트, 아연 글루코네이트, 아연 운데실레이트 등의 형태로 이용될 수 있다. 또한, 아연 염의 조합물이 이용될 수도 있다.
또한, 항균 금속으로 구리가 이용되는 경우, 구리는 구리 이나트륨 시트레이트, 구리 트리에탄올아민, 탄산구리, 탄산암모늄 제일구리, 수산화제이구리, 염화구리, 염화 제이구리, 구리 에틸렌디아민 착물, 옥시염화구리, 옥시염화 황산구리, 산화 제일구리, 구리 티오시아네이트 등의 형태로 이용될 수 있다. 또한, 이들 구리 염의 조합물이 이용될 수도 있다.
또한, 항균 금속으로 은이 이용되는 경우, 은은 은 나이트레이트, 은 설페이트, 은 퍼클로로레이트, 은 아세테이트, 다이아민 은 나이트레이트 및 다이아민 은 설페이트의 형태로 이용할 수 있다.
담체-항균 금속의 복합체에서 항균 금속의 함유량은 0.05 내지 10중량 %일 수 있다. 이들 금속이온들의 함량이 하한치 미만인 경우에는 유효한 항균력을 얻을 수가 없으며, 상한치을 초과하는 경우에는 더 이상 항균력이 향상되지 않을 뿐 만 아니라, 담체 표면에 불용성의 금속염이 석출되어, 항균력의 저하 및 변색 등의 문제를 일으킬 수 있다.
이와 같이 형성된 항균층의 두께를 적절하게 조절하는 것이 요구되는 바, 항균층의 두께가 50Å 미만인 경우 코팅 균등성이 떨어져 항균층의 두께를 50Å 이상으로 하는 것이 적절하다. 균등성이란 구조체의 강도나 변형에 대한 성능이 거의 같은 레벨에 있고, 국부적인 약점을 포함하지 않는 것을 의미한다. 또한, 항균층의 두께가 400Å를 초과하는 경우 코팅막의 질이 저하되어 신뢰성이 떨어져 항균층의 두께를 400Å이하로 하는 것이 적절하다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 코팅구조의 항균성 및 신뢰성을 모두 고려하여 항균층의 두께를 50Å 이상 400Å이하로 할 수 있으며, 항균층의 두께를 100Å 내지 200Å로 하면 항균성 및 신뢰성 측면에서 모두 우수한 코팅 구조를 얻을 수 있다.
이하, 표 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조의 내지문 효과 및 항균 효과를 측정한 결과를 설명하도록 한다.
제품의 표면 위에 수산화된 무기 담체-항균 금속 복합체의 일례로서 수산화된 제올라이트-Ag 복합체를 포함하는 항균층을 형성한 후, 실리콘 계열(IF)의 내지문 코팅층을 형성한 코팅 구조(A) 및 아미노실란기가 형성된 유기담체-항균 금속 복합체의 일례로서, 아미노실란기가 형성된 EDTA-Ag 복합체를 포함하는 항균층을 형성한 후, 불소 계열(AF)의 내지문 코팅층을 형성한 코팅 구조(B)의 내지문 효과 및 항균 효과를 측정하였다. 또한, 대조구로서, 기존의 이산화규소층 위에 형성된 실리콘계열(IF)의 내지문 코팅층 및 불소 계열(AF)의 내지문 코팅층의 내지문 효과 및 항균 효과를 측정하였다.
코팅 구조의 내지문 효과를 설명하기 위해, 표 1에는 앞서 설명한 도 1의 코팅 구조 및 도 2의 코팅 구조에서의 초기 접촉각(물 접촉각(DI), 다이아이오도메탄(diiodomethane) 접촉각(DM))을 측정한 결과(35℃) 및 슬립성(동마찰계수)을 측정한 결과가 나타나 있다.
접촉각은 액적이 수평 고체 표면 위에 놓여 일정한 렌즈 모양을 유지하는 방울이 되는 경우 고체의 표면과 액체의 표면이 이루는 일정한 각도를 의미하며, 액체와 고체의 종류에 따라 그 크기가 결정된다.
동마찰계수(Kinetic Coefficient of Friction)는 하나의 표면이 그와 접촉한 다른 표면 위를 일정한 속도로 움직이는데 필요한 힘에 대응하는 저항력으로서, 코팅막의 슬립성(slipage) 정도를 측정하는 척도로 사용된다. 동마찰계수 측정은 23℃, 상대습도 50% 조건에서 실시하였다.
항균성 측정은 JIS Z 2801 규격의 필름밀착법에 따라 그람 음성균인 대장균(Escherichia coli)과 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)을 이용하여 실시하였다. 시험균을 접종한 후 모든 시편은 (35±1)℃, 상대습도 90% 이상에서 (24±1) 시간 배양하였고 이후 각 시편에서 균을 회수하여 생균수를 측정하여, 정균감소율(%) 및 제균율(%)을 계산하였다.
대조구 IF A 대조구 AF B
접촉각(DI/DM) 70/45 70/45 115/95 115/95
슬립성(동마찰계수) 0.4 0.4 0.1 0.1
항균성(E. coli) 정균감소율(%) 71.8 >99.9 62.9 >99.9
제균율(%) NG >99.9 NG >99.9
항균성
(S. aureus )
정균감소율(%) 70.90 >99.9 60.8 >99.9
제균율(%) NG >99.9 NG >99.9
상기 표 1에 의하면 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조 A, B는, 내지문 코팅층의 기본적인 특성(초기접촉각, 슬립성)은 유지하면서 항균층에 의해서 항균기능도 나타내어, 내지문성 및 항균성의 복합기능을 나타냄을 알 수 있다. 항균성에 있어, 공시균주인 대장균(E. coli)과 포도상구균(S. aureus )에 대해서 정균감소율 및 제균율 모두 99.9%이상의 높은 항균성능을 나타내었다.
도 4는 상기 표 1의 대조군 AF 및 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조 B의 항균 AF 샘플에 대한 대장균 접종 후 24시간 배양 후 살아 있는 대장균을 클로니(Colony)화한 이미지로, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조 항균 AF 샘플의 경우 살아 있는 대장균의 수가 10이하로 거의 제균된 상태인 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조는 항균층 및 내지문성 코팅층을 포함하는 바, 내지문성 코팅층의 재료로는 내지문성 피막으로 주로 사용되는 발수성, 발유성의 불소를 포함하는 피막, 발수성 실리콘 수지 골격을 포함하는 피막 등이 채용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 제품의 용도에 따라 다양한 코팅 재료가 사용될 수 있다.
본 발명에서 내지문성이라 함은 지문이 묻는 것을 방지하는 것은 물론 지문이 잘 닦이거나 지문이 묻더라도 잘 보이지 않게 하는 성질을 모두 포함하는 것으로 한다.
불소계 화합물은 5~6dyne/cm 정도의 매우 낮은 표면에너지를 가져 발수와 발유성, 내약품성, 윤활성, 이형성 및 방오성 등의 기능성을 발현한다.
실리콘 화합물은 분자간의 인력이 작아서 표면장력이 낮고 기재표면에 퍼지기 쉬운 특징을 가져 발수성이 뛰어나다.
또한, 발수성, 발유성을 향상시키기 위해, 실리콘 화합물과 불소계 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조의 형성 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 5에 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조의 형성 방법을 간략하게 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조를 형성하는 방법은 코팅 대상이 되는 제품 표면에 항균층을 형성하고(210), 항균층 위에 내지문성 코팅층을 형성(211)하는 것을 포함한다.
이하, 각 층의 형성 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6에는 피막 형성의 건식 공정의 일 예로서 진공증착 공정이 도시되어 있고 도 7에는 피막 형성의 습식 공정의 예시들이 도시되어 있다.
도 6를 참조하면, 전자제품의 표시부 또는 터치 패널 등에 피막을 형성하기 위한 건식 공정으로 진공 증착 공정이 채용될 수 있다.
진공 증착이란 진공 중에서 금속이나 화합물을 증발시켜 증발원과 마주 보고 있는 상대 표면에 박막을 만드는 것을 의미한다. 진공 증착 공정의 일 실시예를 설명하면, 진공 상태의 챔버에 지그(jig)를 설치하여 지그에 코팅될 표면이 아래 방향을 향하도록 기재를 장착시키고, 기재와 마주보는 위치의 챔버 바닥에 코팅 용액이 담긴 수조를 놓고 수조에 열이나 전자빔을 가하여 코팅 용액을 증발시키면 증발된 코팅 용액은 지그에 장착된 기재의 표면에 증착되어 피막을 형성한다.
도 7을 참조하면, 용액 상태로 존재하는 코팅 조성물을 전자제품의 기재 표면에 박막화 시키는 습식 공정으로서 침지(dipping) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 분사(spray) 코팅이 적용될 수도 있다.
침지(dipping) 코팅은 코팅 용액에 전자제품의 기재를 일정 시간 동안 담갔다가(dipping) 꺼내어 용매 성분을 증발시키는 방식으로서 불규칙한 표면을 갖는 기재를 코팅하는 경우에 주로 사용되는 바, 코팅 대상이 되는 전자제품의 기재에 따라 침지 코팅 방법을 적용할 수 있다.
스핀(spin) 코팅은 코팅 용액을 회전하는 기재 위에 분사한 후 건조와 열처리 과정을 거쳐 피막을 형성하는 방식으로서 얇은 피막을 형성하는 경우에 주로 사용된다. 스핀 코팅은 스핀 코터(spin-coater)가 물체를 회전시켜서 물체 위에 올려진 액체를 원심력에 의해 밖으로 밀려나가게 하는 방법으로서, 이 때 코팅 재료로 사용되는 물질은 용매에 용해 되거나 액체 상태로 존재할 수 있는 물질이어야 한다.
분사(spray) 코팅은 코팅 용액의 점도가 낮은 경우 코팅 용액을 스프레이 노즐을 통해 분사하는 방법으로서 기재의 표면의 불규칙하거나 요철이 있는 경우에도 피막이 균일하게 형성될 수 있으며 주로 기재의 한 면에만 적용시키므로 침지 코팅보다 더욱 소량의 코팅 용액이 사용되며 증발시키기 위해 필요한 에너지도 감소한다는 이점이 있다.
본 발명에 따른 코팅 구조는 진공 증착 방식에 의해 코팅되는 것이 가장 적절하나, 진공 증착 이외의 건식 공정이나 습식 공정을 적용하는 것도 가능하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조를 진공 증착 방식에 의해 형성하는 방법을 상세히 설명하도록 한다.
도 8에 진공 증착 방식으로 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조를 형성하는 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 먼저 코팅 대상이 되는 제품의 표면에 부착된 이물, 먼지 등을 제거한다(310). 이 때 아르곤(Ar) 플라즈마 클리닝 방식을 사용할 수도 있고, 이온에어건(Ionization air blowing)을 사용할 수도 있다. 코팅 대상 제품을 지그에 올려 놓고 자석을 이용해 제품을 고정시킨 상태에서 이온에어건을 사용하면, 제품의 표면에 붙어 있는 이물질이나 수분을 충분히 제거되고 제품의 표면이 활성화되어 증착이 잘 이루어진다. 그리고 이물질이 제거된 제품을 진공 챔버 내부에 장착시키고 도가니(crucible)의 위치나 증착 두께 등의 증착 조건을 설정한다.
도가니에 수산화된 무기 담체-항균 금속 복합체 또는 아미노실란기가 형성된 유기 담체-항균 금속 복합체(이하, 항균 복합체라 함)를 넣고 진공 증착기를 가동시키면 전자빔이 항균 복합체를 타격하고 항균 복합체가 기화된다(311). 그리고 기화된 항균 복합체가 제품의 표면에 증착되어 항균층을 형성하게 된다(312). 여기서 항균층의 증착 두께는 50~400Å, 또는 바람직하게는 100~200Å으로 할 수 있다.
항균층의 형성이 완료되면, 도가니에 내지문성 코팅 조성물을 넣고 전자빔을 이용해 타격하면 내지문성 코팅 조성물이 기화되고(313), 기화된 내지문성 코팅 조성물은 항균층 위에 증착되어 내지문성 코팅층을 형성하게 된다(314). 내지문성 코팅 조성물은 불소 계열, 실리콘 계열 등의 AF 코팅 조성물도 사용될 수 있고 앞서 설명한 불소계열, 실리콘 계열 등의 IF 코팅 조성물도 사용될 수 있는 바, 본 발명에서 사용되는 내지문성 코팅 조성물은 본 발명의 예시에 한정되지 않는다.

Claims (22)

  1. 제품의 표면에 형성되는 코팅 구조에 있어서,
    상기 제품의 표면에 형성되는 항균층; 및
    상기 항균층 위에 형성되는 내지문성 코팅층을 포함하고,
    상기 항균층은 상기 제품의 표면 위에 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체층을 형성하고 나서 아미노실란기가 형성된 유기 담체 및 항균 금속의 복합체층을 형성하는 이중층으로 이루어지는, 코팅 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 항균층의 조성물은 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체를 포함하는 코팅 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 담체는 제올라이트, 지르코늄 포스페이트, 칼슘 포스페이트, 칼슘 아연 포스페이트, 세라믹, 가용성 유리 분말, 알루미나 실리콘, 티타늄 제올라이트, 아파타이트, 실리카에서 선택되는, 코팅 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 항균 금속은 은, 아연, 구리, 주석, 백금, 바륨, 마그네슘, 게르마늄, 티탄, 칼슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상인, 코팅 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 항균층의 조성물은 아미노실란기가 형성된 유기 담체 및 항균 금속의 복합체를 포함하는 코팅 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 담체는 상기 유기 담체는 알지네이트, 펙틴, 카세인, 카라기난, 폴리아크릴산, 폴리(아크릴산-비닐알콜)공중합체, 폴리(비닐피롤리돈-아크릴산)공중합체, 말레산 공중합체, 폴리비닐설페이트, 폴리(비닐설폰산), 폴리비닐 포스포닉 산, 디아민, 폴리아민, 디에틸렌 트리아민 펜타-아세트산(DTPA), 테트라에틸렌트리아민(TET), 에틸렌디아민(EDA), 디에틸렌 트리아민(DETA), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 디메틸글리옥심, 폴리아미노카르복시산, 에틸렌티오우레아 및 이미노우레아로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인, 코팅 구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 항균층의 두께는 50~400Å인, 코팅 구조.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 항균층의 두께는 100~200Å인, 코팅 구조.
  9. 표면에 복합 기능 코팅 구조가 형성되는 제품에 있어서,
    상기 코팅 구조는,
    상기 제품의 표면에 형성되는 항균층; 및
    상기 항균층 위에 형성되는 내지문성 코팅층을 포함하고,
    상기 항균층은 상기 제품의 표면 위에 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체층을 형성하고 나서 아미노실란기가 형성된 유기 담체 및 항균 금속의 복합체층을 형성하는 이중층으로 이루어지는, 제품.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제품은 사용자에게 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함하고,
    상기 제품의 표면은 상기 디스플레이부의 표면인, 제품.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 항균층의 조성물은 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체를 포함하는 제품.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 항균층의 조성물은 아미노실란기가 형성된 유기 담체-항균 금속 복합체를 포함하는, 제품.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 항균 금속은 은, 아연, 구리, 주석, 백금, 바륨, 마그네슘, 게르마늄, 티탄, 칼슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상인, 제품.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 항균층의 두께는 50Å 내지 400Å인 것으로 하는, 제품.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 항균층의 두께는 100Å 내지 200Å인 것으로 하는, 제품.
  16. 제품의 표면에 복합 기능 코팅 구조를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 제품의 표면에 항균층을 형성하고;
    상기 항균층 위에 내지문성 코팅층을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 항균층은 상기 제품의 표면 위에 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체층을 형성하고 나서 아미노실란기가 형성된 유기 담체 및 항균 금속의 복합체층을 형성하는 이중층으로 이루어진, 코팅 구조 형성 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 항균층의 형성 및 내지문성 코팅층의 형성은 진공 증착에 이루어지는, 코팅 구조 형성 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 항균층의 조성물은 수산화된(hydroxylated) 무기 담체-항균 금속 복합체를 포함하는, 코팅 구조 형성 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 항균층의 조성물은 아미노실란기가 형성된 유기 담체-항균 금속 복합체를 포함하는, 코팅 구조 형성 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 항균 금속은 은, 아연, 구리, 주석, 백금, 바륨, 마그네슘, 게르마늄, 티탄, 칼슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상인, 코팅 구조 형성 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 항균층의 두께는 50~400Å인, 코팅 구조 형성 방법.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 항균층의 두께는 100Å 내지 200Å인, 코팅 구조 형성 방법.
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