KR20160133299A - 고분자 기반 초흡습성 코팅 조성물 및 그 이용 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자 기반의 초흡습성 코팅 조성물 및 그를 이용한 코팅 방법에 관한 것으로, 상기 초흡습성 코팅 조성물은 (i) 흡습재 및 (ii) 중합 가능한 흡습성 고분자와 가교제를 포함하는 바인더를 포함하고, 상기 흡습재는 상기 바인더와 화학적으로 결합하기 위한 관능기를 1 이상 포함함으로써 상기 바인더와 화학적으로 결합하며, 상기 바인더 내에서 상기 흡습성 고분자와 상기 가교제는 화학적으로 결합하는 것이다.

Description

고분자 기반 초흡습성 코팅 조성물 및 그 이용{POLYMER BASED SUPERABSORBING COATING COMPOSITION AND USE THEREOF}
본 발명은 고분자 기반의 초흡습성 코팅 조성물 및 그를 이용한 코팅 방법에 관한 것으로, 상기 초흡습성 코팅 조성물은 (i) 흡습재 및 (ii) 중합 가능한 흡습성 고분자와 가교제를 포함하는 바인더를 포함하고, 상기 흡습재는 상기 바인더와 화학적으로 결합하기 위한 관능기를 1 이상 포함함으로써 상기 바인더와 화학적으로 결합하며, 상기 바인더 내에서 상기 흡습성 고분자와 상기 가교제는 화학적으로 결합하는 것이다.
공조기 등 실외 환경에서 사용되는 제품의 노출면 바로 아래쪽에 습기가 침투함으로써 발생되는 손상은 잘 알려진 문제점이다. 이러한 손상은 상기 제품들에 사용되는 재료 기판의 표면에 물이 반응함으로써 발생되는 산화적 손상뿐 아니라 물에 의한 부식도 포함한다.
상기와 같은 손상에 의해 영향을 받는 제품들은 유리, 탄소, 섬유, 중합체 또는 이들의 혼합물로 제조된 강화 재료 또는 이들을 함유하는 제품일 수 있다. 상기 재료 또는 제품에 물이 침투하여 내부 구조의 부식 또는 화학적 손상을 야기할 수 있는 것이 특히 문제이다. 이러한 침수 손상과 관련된 문제점들을 해결하기 위해서, 제품에 방수성을 제공하고, 민감한 내부 면이 주변 환경에 존재하는 물 또는 수증기와 접촉하지 않도록 하기 위한 몇 가지 전략이 고안되어 왔다. 이러한 발수 기술은 제품을 보호 물질로 둘러싸거나 또는 표면을 봉합하여 보호하는 것, 즉 제품의 표층을 화학적으로 조작하여 방수성을 갖도록 하거나 발수 코팅을 도포하는 것을 포함한다.
전통적인 방식의 발수에 사용되는 코팅은 수불용성이고 수분의 침투가 불가능한 물질로 구성되어서, 수분을 차단시키기 위한 물리적인 장벽이 되었었다. 그러한 장벽 코팅물은 그리스 (grease)와 같은 물질을 포함하여 왔다. 그러나, 이러한 형태의 코팅에는 특정한 결함이 존재한다. 그리스는 미끄러워서 다루기가 어렵고, 특히 코팅 제품에 불쾌한 촉감을 준다. 이것은 작업을 진행하는 동안의 재료 취급 용이성에 악영향을 미치는 것이므로, 제조 공정에서 중요한 요소로 인식된다. 또한 그리스는 저온 또는 고온에서 점도의 변화를 겪는다. 이러한 점도 변화는 급격한 온도 변화시 성능에 영향을 미쳐서 코팅의 안정성에도 영향을 미칠 수 있다.
최근에는, 방수성 건조 코팅이 약간의 흡수성을 갖도록 고안되었다. 코팅의 이러한 흡수성은 제품에 접촉하는 수분을 흡수하도록 하여, 수분이 민감한 표면과 직접 접촉하는 것을 방지한다. 이러한 수분 차단 코팅물의 흡수 요소는 물과 접촉시에 팽윤 및 흡수하는, 입자성 초흡습성 중합체이다.
한편, 통상 코팅은 제품의 표면 위에 분사 도포될 수 있는데 양호한 보호력을 제공하고 수분 침투를 방지하기에 충분할 정도로 두꺼운 코팅 층을 형성하기 위해서는, 코팅 조성물이 충분히 두꺼워야 한다. 그러나, 조성물은 충분한 두께를 가져야 할 뿐 아니라 충분한 유동성도 가져서 재료 표면 위에 균일한 코팅을 용이하게 형성하고 코팅 형성시 사용되는 다른 기계들의 통로가 막히지 않도록 해야 한다.
그러므로, 특히 공조기기 등 실외 사용 제품에 적용되어 화학적 상호작용을 통해 수분을 흡착하되, 우수한 강도 및 고도의 흡습성과 동시에 양호한 퍼짐성 및 표면 성능 특성을 나타내는 코팅 조성물에 대한 요구가 계속되고 있다.
본 발명의 목적은 (i) 흡습재 및 (ii) 중합 가능한 흡습성 고분자와 가교제를 포함하는 바인더를 포함하고, 상기 흡습재는 상기 바인더와 화학적으로 결합하기 위한 관능기를 1 이상 포함함으로써 상기 바인더와 화학적으로 결합하며, 상기 바인더 내에서 상기 흡습성 고분자와 상기 가교제는 화학적으로 결합하는 고분자 기반의 초흡습성 코팅 조성물 및 그를 이용한 코팅 방법을 제공하여, 우수한 내구성 및 고도의 흡습성과 동시에 양호한 퍼짐성 및 표면 성능 특성을 갖춘 코팅 기술에 이르고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초흡습성 코팅 조성물은 (i) 흡습재 및 (ii) 중합 가능한 흡습성 고분자와 가교제를 포함하는 바인더를 포함하고, 상기 흡습재는 상기 바인더와 화학적으로 결합하기 위한 관능기를 1 이상 포함함으로써 상기 바인더와 화학적으로 결합하며, 상기 바인더 내에서 상기 흡습성 고분자와 상기 가교제는 화학적으로 결합된다.
상기 코팅 조성물은, 상기 흡습재를 10 내지 50 중량%, 상기 흡습성 고분자를 10 내지 30 중량%, 상기 가교제를 4 내지 10 중량%로 포함할 수 있다.
상기 흡습재는 초흡습성 고분자 (superabsorbent polymer, SAP), 흡습성 고분자 분말, 실리카 분말 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 흡습재는 상기 바인더와 화학적으로 결합하기 위한 관능기를 1 이상 포함하도록 표면 개질될 수 있다.
상기 표면 개질은 아미노실란 처리에 의하여 수행될 수 있다.
상기 흡습성 고분자는 1 이상의 카르복실기를 포함하는 카르복시산이고, 상기 가교제는 다가 알코올 (multifunctional alcohol)이며, 상기 바인더 내에서 상기 카르복시산과 상기 다가 알코올은 에스테르 결합된 것일 수 있다.
상기 흡습성 고분자는 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산일 수 있다.
상기 가교제는 소르비톨 에톡실레이트 또는 펜타에리스리톨 에톡실레이트일 수 있다.
상기 흡습재 및 상기 바인더는 아미드 결합된 것일 수 있다.
상기 코팅 조성물은 점증제, 윤활제, 흡습제 및 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 코팅 방법은 (i) 상기 본 발명의 초흡습성 코팅 조성물을 기판 상에 도포하는 단계; 및 (ii) 상기 기판 상에 도포된 조성물을 경화시켜 코팅을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 코팅 방법에서, 상기 경화는 130 내지 200℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 이루어지는 열경화일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 초흡습성 코팅 조성물은 (i) 흡습재 및 (ii) 중합 가능한 흡습성 고분자와 가교제를 포함하는 바인더를 포함하고, 상기 흡습재는 상기 바인더와 화학적으로 결합하기 위한 관능기를 1 이상 포함함으로써 상기 바인더와 화학적으로 결합하며, 상기 바인더 내에서 상기 흡습성 고분자와 상기 가교제는 화학적으로 결합된다.
본 발명은 공조기기 등에 적용되어 화학적 상호작용을 통해 수분을 흡착하는 흡습성 고분자 기반의 코팅 조성물에 관한 것이다. 실리카겔 분말 또는 고흡습성 고분자 파우더 (superabsorbent polymer powder, SAP powder) 등 흡습재는 자체적으로 접착성이 없어, 다른 표면에의 코팅시 접착성을 지닌 바인더를 요구한다. 본 발명은 이러한 바인더를 구성하는 성분들간 화학 결합을 유도하고, 그 자체로는 접착성이 없는 상기 흡습재에 대한 접착성을 더욱 강화시키기 위한 수단으로서 바인더와의 또 다른 화학 결합을 유도하여 결과적으로 코팅 조성물 내에서 다중의 화학 결합을 통한 내구성 향상을 도모한 것이다. 또한, 상기 접착성 및 내구성 강화 뿐 아니라, 상기 바인더 내에 포함되는, 화학 결합이 가능한 성분으로서는 흡습성 고분자 재료를 적용함으로써 바인더를 구성하는 성분으로부터도 흡습성 향상을 꾀할 수 있는 초흡습성 코팅 조성물을 제공한다.
일 구현예에 있어서, 상기 흡습재는 초흡습성 고분자 (superabsorbent polymer, SAP), 흡습성 고분자 분말, 실리카 분말 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 본 발명에 사용되는 흡습재는 예를 들어 다량의 물을 흡수 및 탈수하기 위해 요구되는 성능을 갖는 수분 초흡수성 물질이면 무관하며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 있어서, 바인더 내 포함되는 흡습성 고분자로서는 중합 가능한 물질, 좋기로는 고분자 산이 이용되고, 더욱 좋기로는 1 이상의 카르복실기를 함유하여 바인더 내에서 알코올성 가교제와 에스테르 화학 결합이 가능한 산이 이용될 수 있다. 이때, 바인더에 포함되는 가교제는 상기 흡습성 고분자와 화학 결합을 이룰 수 있는 것으로서, 좋기로는 카르복실기를 함유하는 흡습성 고분자와 에스테르 결합을 형성할 수 있는 수용성 다가 알코올 (water-soluble multifunctional alcohol)을 적용할 수 있다. 상기와 같이 바인더 내에서 (고)흡습성 고분자를 바인더 성분으로 이용하고, 바인더 내에서 이 고분자와 화학적으로 결합할 수 있는 가교제 성분을 추가로 포함함으로써 본 발명의 코팅 조성물에서 바인더는 접착 수단일 뿐 아니라 동시에 최종적으로 코팅 조성물이 경화되어 코팅을 형성하는 경우에 주 흡습재를 보조하여 코팅의 초흡습성 성질에 기여하고 바인더 내 형성된 화학 결합으로부터 비롯하는 내구성 향상이라는 효과를 나타낼 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 코팅 조성물은 흡습재, 바인더 및 이들을 혼화시킬 수 있는 용제를 포함하는 것이고, 상기 바인더 내에 1차적으로 화학적 결합이 존재하고, 후술할 바와 같이 바인더와 상기 주 흡습재 간에 2차적으로 화학적 결합이 형성됨으로써 최종적으로 기판에 코팅되는 경우 더욱 내구성이 향상된다.
일 구현예에 있어서, 바인더를 구성하는 성분으로서 상기 흡습성 고분자는 첨가 중합될 수 있는 산, 예를 들면 아크릴산, 메타크릴산, 에타크릴산, α-클로로아크릴산, 크로톤산, 말레산, 말레산 무수물, 비닐술폰산, 비닐포스폰산, 말레산, 말레산 무수물, 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산, 메사콘산, 글루타콘산, 아코니트산, 알릴술폰산, 술포에틸 아크릴레이트, 술포에틸 메타크릴레이트, 술포프로필 아크릴레이트, 술포프로필 메타크릴레이트, 2-히드록시-3-크릴로일옥시프로필술폰산, 2-히드록시-3-메타크릴로일옥시프로필술폰산, 알릴포스폰산, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판포스폰산일 수 있다.
특정 구현예에 있어서, 바인더를 구성하는 성분으로서 상기 흡습성 고분자는 1 이상의 카르복실기를 포함하는 카르복시산이고, 상기 가교제는 다가 알코올 (multifunctional alcohol)이며, 상기 바인더 내에서 상기 카르복시산과 상기 다가 알코올은 에스테르 결합된 것일 수 있다. 특히, 상기 카르복시산은 다량의 물을 흡수 및 탈수하기 위해 요구되는 성능을 갖는 수분 흡수성 폴리아크릴산의 군으로부터 선택될 수 있다. 특히 좋기로는 상기 흡습성 고분자는 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산일 수 있다. 이들은 염기와의 화학반응을 통해 초흡습성 고분자 소재를 형성하며, 유기 단분자계 산에 비해 가교제와의 에스테르 결합 형성시 보다 기계적 특성이 우수한 표면 코팅을 구성할 수 있고, 또한 인체에 무해하다는 장점이 있다. 특히, 폴리아크릴산의 경우 기저귀에도 사용되는 초흡습성 고분자로 인체에 무해하고 쉽게 접할 수 있으며, 중성 pH조건에서 사용이 가능하고, 또한 중합 온도가 낮아 중합이 용이하며 이 고분자를 이용한 코팅막 형성시 낮은 온도에서 가교가 가능하다는 장점도 갖는다. 상기 카르복시산은 필요에 따라, 대응하는 알칼리 또는 알칼리 금속의 염과 같은 음이온 형태로 사용될 수 있다.
특정 구현예 있어서, 바인더는 추가 성분을 포함할 수 있는데, 이들은 코팅 조성물의 바인더로서 통상적으로 사용되는 임의의 고분자성 물질일 수 있다. 예컨대, 열경화성 수지이거나 약간의 열가소성을 갖는 열경화성 수지인, 필름 형성용 고분자 또는 고분자 라텍스를 포함함으로써, 최종 코팅의 유연성을 증가시킬 수 있다. 또한 필름 형성용 고분자는 일단 도포되면 코팅 조성물 내의 성분들간의 결합을 촉진시킴과 동시에 표면에 대한 접착성을 촉진시킬 수 있다. 또한 필름 형성제는 경화된 후에도 거친 필름에 어떠한 표면 끈적임이나 코팅의 부서짐을 야기하지 않으며, 예컨대 폴리에스테르, 우레탄, 에폭시, 라텍스 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 라텍스는 아크릴 라텍스, 스틸렌-부타디엔 라텍스 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 건조된 후에 코팅 처리된 표면에 흡습재의 접착을 촉진시키는 기능면에서는 에폭시 또는 우레탄이 포함되는 것이 바람직하다.
특정 구현예에 있어서, 바인더를 구성하는 성분으로서 상기 가교제는 흡습성 고분자와 에스테르 결합을 형성할 수 있는 다가 알코올일 수 있다. 상기 다가 알코올은 분자 내에 하이드록실기가 2개 이상 있는 알코올이면 무엇이든 가능하며, 예를 들면 글리세롤, 1,2,4-부탄트리올, 2-(히드록시메틸)-1,3-프로판디올, 헥산 트리올, 트리메틸올 프로판, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올헥산, 1,4- 시클로헥산트리메탄올, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜의 공중합체, 크실리톨, 소르비톨, 만니톨, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨 및 이들의 알콕실화 유도체를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 좋기로는 상기 다가 알코올은 소르비톨, 소르비톨 에톡실레이트, 펜타에리스리톨 또는 펜타에리스리톨 에톡실레이트일 수 있다. 특히, 소르비톨 에톡실레이트와 펜타에리스리톨 에톡실레이트는 각각 6개와 4개의 다가 알코올 물질로서 이들을 가교제로 사용하여 바인더 고분자와 적절한 가교를 형성시켜 코팅을 형성했을 때에는 흡습성 고분자와 가교제가 적절한 가교 밀도를 가지며 가교가 진행되므로 흡습재를 잘 바인딩 시킬 수 있게 되어 코팅이 기판에서 탈리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 다가 알코올의 에톡실레이트는 저온에서도 유동성을 유지하여, 형성되는 고분자 코팅이 저온에서도 유연성을 확보하여 열화되는 현상을 억제할 수 있는 장점도 갖는다.
일 구현예에 있어서, 상기 흡습재는 상기 바인더와 화학적으로 결합하기 위한 관능기를 1 이상 포함하도록 표면 개질될 수 있다. 전술한 바와 같이 본 발명은 최종적으로 기판에 도포되어 형성되는 코팅의 내구성을 향상시키기 위하여 이중의 화학 결합을 코팅 내에 형성할 수 있도록 설계된 것이다. 바인더 내부에서 1차적으로 화학 결합이 형성될 수 있지만, 바인더와 흡습재 간 추가적인 화학 결합을 형성함으로써 본 발명의 코팅 조성물이 최종적으로 구현되는 코팅은 물리적 마찰이나 외부 자극에 대한 저항성, 즉 내구성이 크게 향상될 수 있다. 상기 바인더와 흡습재 간 화학 결합은 공유 결합에 의한 것이면 어느 것이나 무방하나, 특히 좋기로는 상기 표면 개질은 흡습재 표면을 아미노실란 처리하여 흡습재 표면에 아민기를 형성하는 것이고, 그에 따라 상기 흡습재 및 상기 바인더는 아미드 결합된 것일 수 있다. 예컨대, 흡습재로서 실리카 분말은 아미노실란류를 이용한 실란 처리를 거쳐 표면에 아민기를 도입함으로써 바인더와 보다 강한 결착 형성이 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 코팅 조성물은 이중의 화학 결합을 통하여 기판상에 경화되어 형성된 코팅에 있어서 무엇보다 그 내구성이 우수한 것일 수 있다. 이러한 내구성은 이중의 화학 결합을 통한 증가된 가교의 결과로 볼 수 있다. 또한, 초흡습성 성질을 갖는 주 흡습재에 더하여, 바인더에 함유되는 성분으로서도 흡수성 고분자를 이용하는 것으로부터 본 발명의 코팅 조성물은 현저히 다량의 물을 흡수함으로써 그 방수성을 제공한다. 보호되어야 할 제품의 코팅된 표면에 물이 접촉될 때, 코팅은 물을 흡수하여 3차원적으로 팽윤할 것이다. 코팅은 물을 흡수함으로써 효과적으로 수분을 흡착하여 보호된 제품의 내부면과 물이 접촉하지 못하게 하고 결과적으로, 민감한 내부면은 건조한 상태로 유지되어 침수에 의한 손상으로부터 보호될 것이다. 따라서, 본 발명에서 제공하는 코팅 조성물이 도포되어 코팅을 형성한 제품에서, 상기 코팅은 물을 흡수하여 코팅층 바로 아래로 수분이 침투하는 것을 방지함으로써 방수에 의한 보호 기능을 수행할 것이다. 본 발명의 코팅 조성물로부터 형성된 코팅은 종전의 시판 흡습성 코팅과 비교할 때 약 1.5배 내지 2배의 흡습능을 보여주는 것이다 (시험예 1 및 도 3 참고).
본 발명의 코팅 조성물은 흡습재, 바인더 성분과 상용성이 있는 용제 내에서 혼합되는 것이고, 상기 용제는 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 프로필렌 글리콜 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 있어서, 본 발명의 코팅 조성물은 유리, 중합체, 탄소 또는 강화 섬유를 함유하는 제품 등 인발성형 또는 사출성형된 재료 상에 도포될 수 있다. 그러한 제품은 연속 형태 또는 단섬유 (chopped fiber), 스트랜드 또는 작은 조각 (pellet) 형태의 강화 섬유, 스트랜드, 로드, 로빙 등; 유리, 고분자 또는 천연 섬유로 이루어진 직물; 및 로드 또는 케이블과 같은 인발성형 제품을 포함한다. 본 발명의 조성물은 섬유 강화 소재 및 이러한 강화 소재를 사용하여 제조된 섬유 생성물 또는 제품의 표면 위에 초흡습성 코팅을 형성시키기에 적합하다. 조성물이 도포될 수 있는 재료는 연속상 스트랜드와 같은 섬유 강화 소재, 또는 섬유 강화 소재 및 하나 이상의 다른 성분을 포함하는 복합재료 제품의 범주로 크게 분류될 수 있다. 초흡습성 코팅 조성물의 제조에 포함되는 성분은 조성물이 도포될 제품의 형태에 따라 상이해 질 수 있다. 섬유 강화 재료의 예로는 유리, 탄소, 고분자 또는 이들의 혼합물과 같은 섬유 형성 재료로부터 제조된 스트랜드 또는 로빙이 포함될 수 있다. 또 다른 복합재료 제품은 그 성분 중 한 가지 이상으로서 강화 섬유 재료를 포함하는 제품을 포함할 수 있다. 예컨대 인발성형으로 제조된 제품, 예컨대 본 발명의 코팅 조성물은 강화 유리 섬유/고분자 복합재료의 적어도 일부분을 포함하는 인발성형된 로드 또는 케이블에 성공적으로 도포될 수 있다. 이러한 인발성형 제품을 제조하는데 사용될 수 있는 고분자는 에폭사이드, 폴리에스테르 및 비닐 에스테르와 같은 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 또한 인발성형 제품의 고분자 성분은 열처리된 열가소성 수지일 수도 있으나, 열경화성 수지인 것이 바람직하다. 예시로서, 비닐 에스테르와 같은 열경화성 에폭시 수지는 인발성형 작용으로 유리 스트랜드와 결합되어 원거리 통신케이블의 경화 부재로서 사용될 수 있는 로드를 형성할 수도 있다.
특정 구현예에 있어서, 상기 본 발명의 코팅 조성물은, 상기 흡습재를 10 내지 50 중량%, 상기 흡습성 고분자를 10 내지 30 중량%, 상기 가교제를 4 내지 10 중량%로 포함할 수 있다. 상기와 같은 비율로 주 흡습재 성분, 흡습성 고분자 및 가교제를 포함하는 바인더 성분이 혼합되는 경우, 본 발명에서 목적하는 최적의 흡습능을 지니며 동시에 내구성이 우수한 코팅을 달성할 수 있다.
좋기로는 상기 주 흡습재는 10 내지 50 중량%, 더욱 좋기로는 20 내지 30 중량%, 가장 좋기로는 약 25 중량%로 본 발명의 코팅 조성물 중에 포함될 수 있다. 흡습재가 50 중량%를 초과하여 너무 많이 포함되면 너무 큰 부피로 인해 바인더와 결합하여 견고한 코팅을 만들기에 어려움이 있어 코팅의 내구성을 저하시킬 수 있고, 10 중량% 미만으로 너무 적게 포함되면 도입되는 흡습재의 비율이 감소되어 흡습 성능이 저하될 수 있다.
좋기로는 상기 흡습성 고분자는 10 내지 30 중량%, 더욱 좋기로는 15 내지 25 중량%, 가장 좋기로는 약 20 중량%로 본 발명의 코팅 조성물 중에 포함될 수 있다. 흡습성 고분자 또한 30 중량%를 초과하여 너무 많이 포함되는 경우 과하게 두꺼운 코팅막이 형성되며 흡습재의 흡습 능력을 오히려 저하시킬 수 있다. 10 중량% 미만으로 포함되는 흡습성 고분자는 흡습재를 충분히 바인딩하기에 모자라기 때문에 코팅막의 내구성에 문제를 일으킬 수 있다.
또한, 좋기로는 상기 가교제는 4 내지 10 중량%, 더욱 좋기로는 5 내지 8 중량%, 가장 좋기로는 약 6 중량%로 본 발명의 코팅 조성물 중에 포함될 수 있다 가교제가 4 중량% 미만으로 첨가되는 경우 가교 밀도가 낮기 때문에 흡습재에 대한 바인딩이 약해 코팅 막에서 탈리가 일어날 수 있으며, 10 중량%을 초과하여 첨가되는 경우 코팅액 내에서 부분적인 가교가 일어나거나 코팅액의 점도가 높아 코팅에 어려움을 겪을 수 있다.
일 구현예에 있어서, 본 발명의 코팅 조성물에 포함되는 흡습재로서, 용제에 불용성인 재료를 사용하는 경우에는 최종 도포된 코팅 표면의 거칠기를 인위적으로 증대시켜 표면적을 극대화 할 수 있고, 이를 통해 흡습 속도 및 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한, 용액화된 바인더 및 불용성 주 흡습재의 병용은 물리적 방식을 통한 코팅 표면적 극대화 및 흡습 효율 향상이라는 효과를 가져올 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 코팅 조성물은 첨가제로서 점증제, 윤활제, 추가적인 흡습제 및 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 최종적으로 코팅을 통하여 의도되는 것이 무엇인가에 따라, 코팅 조성물에 점증제를 첨가하는 것은 최종 코팅의 내구성을 강화하고 및/또는 퍼짐성을 부여할 수 있다. 윤활제가 첨가되면 코팅이 이루어지는 기판 등 재료 상에서 코팅물의 접착성이 향상될 수 있으므로 후속 공정에서의 취급을 용이하게 할 수 있다. 흡습제 역시 첨가되면 코팅 조성물과 코팅의 대상이 되는 기판 재료 표면간의 접촉을 촉진시킬 수 있다. 상기 점증제, 윤활제, 흡습제는 본 발명의 코팅 조성물에 포함되는 다른 성분과 상용성인 것이라면 어떠한 것이든 무방하다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 코팅 방법은 (i) 상기 본 발명의 초흡습성 코팅 조성물을 기판 상에 도포하는 단계; 및 (ii) 상기 기판 상에 도포된 조성물을 경화시켜 코팅을 형성하는 단계를 포함한다. 코팅 조성물은 기판 재료의 표면과 접촉되어 도포되기에 적합한 방법으로 코팅된다. 예를 들어, 강화 섬유 스트랜드를 수지를 함유하는 욕으로 통과시킴으로써 코팅 조성물이 도포될 수 있다. 다르게는, 조성물은 분무, 침지 또는 액체 코팅물이 제품의 전표면과 접촉되도록 하는 기타 다른 방법에 의해서 제품에 도포될 수 있다. 그런 다음, 코팅 층의 고르고 적절한 분배를 위하여 추가의 공정 수단이 사용될 수도 있다. 그 후, 코팅된 제품은 건조 및 경화될 수 있다.
상기 코팅 방법에서, 건조 및 경화 단계는 본 발명의 코팅 조성물이 속하는 기술 분야에서 통용되는 임의의 건조/경화 방법에 의하여 수행될 수 있고, 상기 경화는 좋기로는 130 내지 200℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 이루어지는 열경화일 수 있다.
상기 열경화는 130 내지 200℃, 더욱 좋기로는 170 내지 190℃, 가장 좋기로는 190 ± 5℃에서 이루어 질 수 있다. 흡습성 고분자와 가교제의 가교는 130℃ 이상에서 이루어지며, 200℃를 넘는 고온에서는 흡습재나 고분자 바인더가 타는 현상이 일어날 수 있기 때문에 열경화는 130 내지 200℃ 범위에서 이루어진다. 즉, 상기 온도는 충분한 경화가 이루어지되 재료의 열적 열화가 일어나지 않은 최적 온도 범위일 수 있다.
상기 열경화는 10 분 내지 1 시간, 더욱 좋기로는 20 내지 40 분, 가장 좋기로는 약 30 분간 이루어질 수 있다. 열경화 시간이 10 분 미만으로 너무 짧은 경우 가교 반응이 다 진행되지 않아 코팅막의 탈리가 일어날 가능성이 높고, 반대로 열경화 시간이 1 시간 이상으로 긴 경우 코팅막의 과도한 건조로 인해 코팅막이 갈라지거나 푸석푸석해 지는 현상이 일어날 수 있으며 타는 현상으로 인해 변색이 발생할 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 그 조성물을 도포함으로써 형성된 코팅이 그와 접촉하는 물을 효과적으로 흡수함으로써, 처리된 표면을 수분 침투로부터 보호한다. 또한, 고도의 흡습성과 동시에 우수한 강도 및 양호한 퍼짐성 및 표면 성능 특성을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 초흡습성 코팅 조성물 구성에 대한 예시적 모식도이다.
도 2는 흡습재로서 실리카 분말을 사용한 본 발명의 코팅 조성물에 대한 전자현미경 사진이다.
도 3은 시험예 1의 본 발명의 초흡습성 코팅 조성물을 경화시켜 얻은 코팅의 흡습량 측정 결과를 보여준다.
도 4는 시험예 2의 본 발명의 초흡습성 코팅 조성물을 경화시켜 얻은 코팅의 부착력 측정 결과를 보여준다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1: 초흡습성 코팅 조성물의 제조 및 기판상의 코팅
(1) 0.2 kg의 아크릴산 (무수 99%, Sigma Aldrich)과 2 g의 아조비스이소부티로니트릴 (AIBN, 중합개시제)(98.0%, JUNSEI)을 0.8 kg의 에탄올 (99.9%, 대정화금㈜)에 용해시켰다. 30 분 이상 질소를 버블링한 후, 온도를 70℃로 가열하여 8-12 시간 동안 유지하였다. 이후 전량 회수한 상기 고분자 용액에 추가적으로 에탄올 0.2 kg 및 소르비톨 에톡실레이트 (상품명 SINOPOL TL-034, SINO-JAPAN Chemical) 60 g를 첨가하여 고분자 바인더 용액을 얻었다.
(2) 1 L의 톨루엔 (99.5%, 삼천순약공업주식회사)에 100 g의 실리카 (Fuji sylysia)를 첨가, 교반시키며 아미노실란 (상품명 OFS-6020, Dow-Corning) 5 g을 첨가하였다. 30 분간 교반 후 12 시간 동안 정체시켜 화학 반응을 완결시켰다. 얻어진 실리카 분말을 여과 후 건조하였다.
상기 제조된 고분자 바인더 용액에 상기 실리카 분말 0.48 kg를 교반 혼합하여 코팅 조성물을 제조하였다.
내식 코팅된 알루미늄 기판에 상기 제조된 코팅 조성물을 도포한 후, 170-190℃에서 30 분간 가열하여 경화 반응을 완료하였다.
시험예 1: 실시예 1의 초흡습성 코팅 조성물을 경화시켜 얻은 코팅의 흡습량 측정
실시예 1에서 제조된 코팅된 기판을 120℃로 세팅된 오븐에서 30 분간 건조 시킨 후 무게를 측정하고, 무게를 측정한 코팅된 기판을 온도와 습도 조건이 맞춰져 있는 (온도: 25℃, 상대습도: 40%/60%/80%) 항온항습기 (모델명 PR-2KPH, ESPEC Corperation)에 넣어 시간에 따라 기판을 꺼내 무게를 측정하였다. 항온항습기에 넣기 전에 측정한 최초 무게와 시간에 따른 기판의 무게를 비교하여 코팅의 흡습량 (흡착량)을 측정하였다. 그 결과를 도 3으로 나타내었다.
시험예 2: 실시예 1의 초흡습성 코팅 조성물을 경화시켜 얻은 코팅의 부착력 측정 ( 크로스 커트 시험( Cross Cut Test ))
실시예 1에서 제조된 코팅된 기판 시험편의 피막면을 칼로 종횡으로 1 mm 간격으로 그어, 100개의 모눈금을 만든 후 탈지 (TCE, 트리클로르에탄) 작업을 한 상태에서 셀로판 접착 테이프 (폭 24 mm)를 강하게 부착한 다음 위로 당겼을 때 도막의 부풀음, 연화 및 모눈금의 부착 상태를 확인하였다. 그 결과는 도 4로 나타내었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. (i) 흡습재 및
    (ii) 중합 가능한 흡습성 고분자와 가교제를 포함하는 바인더
    를 포함하고,
    상기 흡습재는 상기 바인더와 화학적으로 결합하기 위한 관능기를 1 이상 포함함으로써 상기 바인더와 화학적으로 결합하며, 상기 바인더 내에서 상기 흡습성 고분자와 상기 가교제는 화학적으로 결합되는 초흡습성 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡습재를 10 내지 50 중량%, 상기 흡습성 고분자를 10 내지 30 중량%, 상기 가교제를 4 내지 10 중량%로 포함하는 것인 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡습재는 초흡습성 고분자 (superabsorbent polymer, SAP), 흡습성 고분자 분말, 실리카 분말 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 코팅 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 흡습재는 상기 바인더와 화학적으로 결합하기 위한 관능기를 1 이상 포함하도록 표면 개질된 것인 코팅 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 표면 개질은 아미노실란 처리에 의하여 수행되는 것인 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 흡습성 고분자는 1 이상의 카르복실기를 포함하는 카르복시산이고, 상기 가교제는 다가 알코올 (multifunctional alcohol)이며, 상기 바인더 내에서 상기 카르복시산과 상기 다가 알코올은 에스테르 결합된 것인 코팅 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 흡습성 고분자는 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산인 것인 코팅 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가교제는 소르비톨 에톡실레이트 또는 펜타에리스리톨 에톡실레이트인 것인 코팅 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 흡습재 및 상기 바인더는 아미드 결합된 것인 코팅 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 점증제, 윤활제, 흡습제 및 이들의 조합을 더 포함하는 것인 코팅 조성물.
  11. (i) 제1항에 기재된 초흡습성 코팅 조성물을 기판 상에 도포하는 단계; 및
    (ii) 상기 기판 상에 도포된 조성물을 경화시켜 코팅을 형성하는 단계
    를 포함하는 코팅 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 경화는 130 내지 200℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 이루어지는 열경화인 것인 방법.
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