KR20170018250A - 방담 기능성 코팅 조성물 - Google Patents

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KR20170018250A
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Abstract

본 발명은 코팅의 내수성, 부착성, 경화성, 내열성, 내후성 등의 물성이 우수하고, 많은 양의 습기 접촉시에도 표면에 미세한 물방울이 형성되지 않는 우수한 방담 기능을 나타낼 수 있으며, 기존 방담 코팅용 조성물에서 부족했던 방담지속성을 확보할 수 있어 유리, 투명 플라스틱, 렌즈 등의 투명성 소재 코팅용으로 특히 효과적인 방담 코팅용 조성물에 관한 것이다.

Description

방담 기능성 코팅 조성물{Anti-fogging functional coating composition}
본 발명은 방담 기능성 코팅 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유리, 투명 플라스틱, 렌즈 등의 투명성 소재 코팅용으로 특히 효과적인 방담 코팅용 조성물에 관한 것이다.
일상생활에서 자동차용 유리나 플라스틱, 욕실 거울, 유리, 안경렌즈, 광학렌즈, 포장용 비닐 또는 비닐하우스 내부의 비닐 등의 경우에서 기재(substrate) 표면에 수십 내지 수백 마이크로미터 정도 크기의 미세한 물방울이 형성되고, 이런 물방울에 의해서 빛이 산란되어 상이 뿌옇게 흐려지는 현상을 쉽게 볼 수 있다. 이런 현상은 기재의 표면장력과 접촉된 수분의 표면장력 차이, 기재 내외부의 온도차 및 습도차, 증기압 또는 포화 증기압에 의한 수분 결로 및 각종 오염물질의 복합적인 요인으로 인해 발생되며 이런 현상을 방지하는 결로방지기능을 본 발명에서는 '방담성능 또는 방담기능'이라고 지칭한다.
기재 표면의 결로현상은 여러 가지 문제점을 야기할 수 있다. 예를 들면, 비닐하우스 포장의 경우 표면에 맺힌 물방울들로 인해 투과되는 빛이 산란되어 내부에서 생육되고 있는 식물들이 고른 일조량을 받을 수 없게 되고, 자동차 전조등(headlamp) 내부의 결로는 리플렉터(reflector) 손상, 배광 선명성 저하 현상을 일으키며, 거울, 유리 및 안경의 경우에는 결로를 제거하지 않고는 사물을 볼 수 없다.
기재 표면의 결로현상을 해결하기 위해 많은 시도가 있었는데 통상적으로 계면활성제 함유 조성물에 의한 표면코팅, 실리콘계나 무기계에 의한 표면 발수 코팅, 또는 플라즈마 표면 처리 등에 의한 시도가 있어 왔다. 그러나, 이러한 종래의 방법들은 다음과 같은 문제점을 가진다.
첫째, 기재의 표면장력을 낮추어 물성을 발현하고자 계면활성제를 코팅에 도입하는 경우에는 시간이 지남에 따라 계면활성제 성분이 용출되어 나오기 때문에 장기간 방담 성능이 유지되기 어렵다.
둘째, 물보다 표면장력이 낮은 실리콘계나 무기질을 사용하여 기재 표면을 코팅 처리하는 방법의 경우에는 충분한 수준의 물방울 맺힘 방지 효과를 얻기 어렵다.
셋째, 기재 표면에 친수성 라디칼을 주어 효과를 부여하고자 플라즈마 처리를 하는 방법은 처리비용이 매우 고가이기 때문에 상용화하기에 어려움이 있다.
현재까지의 방담 코팅용 도료는 지속성이 현저히 떨어지고, 내수성이 부족하여 도막이 녹아나며, 그 투명성 또한 좋지 않다는 문제점을 가져왔다. 따라서 방담성능의 지속성을 향상시키기 위한 코팅재료 내지 도료 조성물 관련 기술들이 다양하게 개발되어 왔는데 이들은 예컨대 다음과 같은 선행문헌들에 개시되어 있다.
대한민국특허공고 제1997-0008987호에는 친수성 중합체와 소수성 중합체 부분을 함유하는 랜덤 공중합체, 또는 친수성 중합체 및 계면활성제의 배합물을 사용하여 투명한 재료 표면에 필름을 형성시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이러한 필름의 경우, 강도 및 접착력은 우수하지만 물방울 맺힘 방지 기능이 부족한 단점이 있다.
대한민국특허공고 제1995-14730호에는 친수성 및 소수성 부분으로 구성된 랜덤 공중합체 및 계면활성제로 구성된 혼합물 필름을 투명성 물질 표면에 형성시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 방법의 경우, 초기에는 적정 수준의 기능을 발휘하나 시간 경과에 따라서 기능이 감소하며, 다량의 계면활성제 사용으로 인해 강도 및 접착력이 저하되는 문제점이 있다.
한편, 방담성능을 갖는 필름 조성물에 있어서 도막강도 열세를 보완하기 위해, 무기 알콕사이드를 이용하여 금속산화물을 제조하고, 이를 결로방지 특성을 갖는 유기 폴리머에 도입한 후 열경화하여 표면경도를 향상시키거나(유럽등록특허 제0716051호), 광경화 가능한 불포화 탄화수소기를 갖는 유기물질에 실리카 및 실란 화합물을 첨가하여 광경화형 코팅제를 제조하는 방법(미국등록특허 제4,098,840호)이 알려져 있다. 그러나 이러한 방법들은 초기 물성이 떨어지고, 빛의 산란 및 간섭현상 등이 발생하며, 적용된 무기물들이 화학적 결합을 이루지 못하기 때문에 장기간 저장시 물리적 분산으로 인해 분리되며, 자체 응집현상 등이 일어나 안정성을 저해하는 문제가 있으며, 첨가된 무기물 자체는 성능을 나타내지 못하기 때문에 그 사용량에도 한계가 있다.
대한민국공개특허 제2012-0123250호에는 N-메틸올 혹은 N-알콕시메틸올기를 갖는 비닐계 단량체, 술폰산기를 갖는 비닐계 단량체, 알킬(메트)아크릴레이트계 단량체로 이루어진 공중합체와 염기성 화합물 및 계면활성제를 함유하는 방담도료 조성물을 기술하고 있다. 그러나, 상기 공중합체 중합시 술폰산기를 갖는 비닐계 단량체의 중합 반응성이 타 단량체와 차이가 커서 함유량을 충분히 늘릴 수 없고, 또한 랜덤한 배열로 얻기 힘들며, 미반응물의 생성이 많아 내수성 시험시 코팅면에 물자국이 남을 수 있으며, 내열성 시험후 혹은 내냉열 사이클 시험후 방담성이 급속하게 떨어지는 문제점이 있다.
요컨대, 종래의 방담 기능성 도료 조성물은 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 소재로 이루어진 자동차 PC 렌즈 내부 및 PET 필름 등에 적용시, 도막강도가 불량하고, 백화현상이 발생하며, 이로 인하여 투명성, 내약품성, 내후성 등이 불량한 문제점이 있었다. 따라서 여전히 도막에 우수한 내수성, 내후성 등을 부여하는 동시에 우수한 방담지속성능도 발현할 수 있는 방담 코팅용 조성물의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, 유리, 플라스틱, 안경렌즈, 비닐 등의 투명 소재에 도포시 내수성, 내열성, 부착성, 경화성 및 강도 등의 일반적인 물성을 만족함과 동시에, 급격한 온도 차이나 습기 접촉시에도 표면에 미세 물방울이 형성되지 않는 특수한 기능을 지속적으로 발현하고, 또한 장기간에 걸친 자외선 노출에도 우수한 내후성을 보이는 방담 코팅용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 방담 코팅용 조성물은, 수지; 하기 화학식 1의 방담 기능성 화합물; 및 희석 용제를 포함하며, 상기 방담 기능성 화합물은 상기 수지의 골격에 고정화된 형태로 조성물에 포함되거나 또는 상기 수지와는 별도의 성분으로 조성물에 포함된다.
[화학식 1]
X-(O)n-Y-(W)m-Z
상기 화학식 1에서,
X는 술폰산기(-SO3H) 또는 인산기(-PO3H2)이고,
O는 산소원자이며,
n 및 m은 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
Y는 직접 결합, 알킬기, 시클로알킬기, 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
W는 헤테로고리기이며,
Z는 티올기, 하이드록시기, 카르복시기, 알콕사이드기, 알데히드기, 아미노기, 니트로기, 할로겐 및 비닐기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 측면에 따라 제공되는 방담 기능성 수지는, 수지 골격 및 이 수지 골격에 고정화된 방담 기능성 화합물을 가지며, 방담 기능성 화합물이 상기 화학식 1로 표시되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 코팅의 내수성, 부착성, 경화성, 내열성, 내후성 등의 물성이 우수하고, 많은 양의 습기 접촉시에도 표면에 미세한 물방울이 형성되지 않는 우수한 방담 기능을 나타낼 수 있어, 유리, 투명 플라스틱, 렌즈 등의 투명성 소재 코팅용으로 특히 효과적인 방담 코팅용 조성물을 얻을 수 있다. 또한 내수성, 내습성 및 버블(Bubble) 현상이 개선되며, 기존 방담 코팅용 조성물에서 부족했던 방담지속성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용되는 방담 기능성 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 갖는다.
[화학식 1]
X-(O)n-Y-(W)m -Z
상기 화학식 1에서,
X는 술폰산기(-SO3H) 또는 인산기(-PO3H2)이고,
O는 산소원자이며,
n 및 m은 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
Y는 직접 결합, 알킬기, 시클로알킬기, 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
W는 헤테로고리기이며,
Z는 티올기, 하이드록시기, 카르복시기, 알콕사이드기, 알데히드기, 아미노기, 니트로기, 할로겐 및 비닐기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 구체예에 따르면, 상기 화학식 1에서, 알킬기는, 예컨대, 탄소수 1 내지 12 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기일 수 있고, 시클로알킬기는, 예컨대, 탄소수 5 내지 10 또는 탄소수 5 내지 8의 시클로알킬기일 수 있으며, 헤테로고리기는, 예컨대, N, O 및 S로부터 선택되는 헤테로 원자를 하나 이상(예컨대, 1 내지 3개) 포함하는 5원- 내지 10원- 또는 5원- 내지 8원-헤테로고리기일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 화학식 1에서 아미노기는, 구체적으로, -NH2, 알킬아미노기(예컨대, 메틸아미노기, 디메틸아미노기, 에틸아미노기, 디에틸아미노기), 히드록시알킬아미노기(예컨대, 히드록시에틸아미노기, 디(히드록시에틸)아미노기), (알킬)(히드록시알킬)아미노기(예컨대, (메틸)(히드록시에틸)아미노기, (에틸)(히드록시에틸)아미노기), 아릴아미노기(예컨대, 아닐리노기, α-나프틸아미노기), 아릴알킬아미노기(예컨대, 벤질아미노기) 및 헤테로아릴아미노기(예컨대, 피리디닐기, 2,6-루티디닐기, 이미다졸릴기)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 할로겐은 불소 또는 염소 원자일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 화학식 1에서, W는 고리 구조 내에 아미노기를 갖는 5원- 내지 10원- 또는 5원- 내지 8원-헤테로고리기일 수 있으며, 여기서 아미노기는 전술한 것들 중에서 적절히 선택될 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 방담 기능성 화합물로서 시판되는, 구체적인 예로는 메르캅토에탄술폰산, 메르캅토프로판술폰산, 에탄올아민-O-설페이트, 2-아미노에틸포스포릭산, 포스포노프로피온산, 3-아미노프로판술폰산, 피페리딘-4-술폰산, 술포아세트산, 3-술포프로피온산, 2-하이드록시 에탄술폰산, 2-아미노에탄술폰산(타우린), 4-(2-하이드록시에틸)피페라진-1-에탄술폰산, 비닐술폰산 등을 들 수 있으나, 이들 구체예로 한정되는 것은 아니며, 전술한 화학식 1 범위 내의 화합물이면 무방하다.
본 발명에서 사용되는 방담 기능성 화합물은, 그에 함유된 X기로 인하여 최종 코팅액 도포 후 가열경화조건에서 산성의 성질을 나타내므로 경화시 산촉매로서의 기능 및 친수성에 기인하는 방담성능을 도막에 부여해 준다.
본 발명의 방담 기능성 수지는, 수지 골격; 및 상기 수지 골격에 고정화된 방담 기능성 화합물을 가지며, 상기 방담 기능성 화합물이 상기 화학식 1로 표시되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 수지는, 투명성, 내열성 및 빛에 대한 장기 폭로시의 내후성을 확보하기 위해, 또한 기재가 플라스틱인 경우에는 고온에서는 변형이 일어나므로 이를 방지하기 위하여, 120℃이하의 저온에서 경화된 도막을 제공할 수 있는 열경화형 아크릴 수지일 수 있으며, 상기 수지는 글리시딜기, 아미노기, 페놀기, 이소시아네이트기, 알데히드기, N-메틸올기 또는 가수분해성 알콕시실릴기와 같은 관능기를 포함할 수 있다.
바람직하게는 방담기능을 갖는 1종 이상의 친수성 모노머, 1종 이상의 소수성 모노머, 및 가교관능기를 갖는 1종 이상의 모노머를 중합하여 형성되는 수지일 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 방담기능을 갖는 1종 이상의 친수성 모노머는, 예컨대, N-비닐카프로락톤, N,N-디메틸아크릴아마이드, 부톡시 아크릴레이트, 아크릴산, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, N-메틸올 아크릴아마이드, 2-아크릴아마이드-2-메틸프로판술폰산 및 2-메톡시에틸아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 1종 이상의 소수성 모노머는, 예컨대, 탄소수 1 내지 20의 알킬(메트)아크릴레이트, 탄소수 6 내지 12의 아릴(메트)아크릴레이트 및 아미노알킬(메트)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 (메트)아크릴계 모노머일 수 있다.
상기 가교관능기를 갖는 1종 이상의 모노머는, 예컨대, 글리시딜(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, N-2-하이드록시에틸(메트)아크릴아미드, N,N-디하이드록시메틸(메트)아크릴아미드, N-부톡시(메트)아크릴아미드, N-메틸올(메트)아크릴아미드, N-메톡시메틸올(메트)아크릴아미드, N-하이드록시메틸아크릴아미드, 메틸아크릴산, 에톡시하이드록시에틸(메트)아크릴레이트 및 메틸글리시딜(메트)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 친수성 모노머일 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 수지는, 화학식 1의 방담 기능성 화합물의 Z기와 반응하여 이를 수지 골격에 고정화시킬 수 있도록, 관능기를 포함한다. 화학식 1의 방담 기능성 화합물의 Z기와 반응할 수 있는 수지 골격 내의 대표적인 관능기로는, 전술한 바와 같이, 글리시딜기, 아미노기, 페놀기(카테콜, 피로갈롤 포함), 이소시아네이트기, 알데히드기, N-메틸올기, 가수분해성 알콕시실릴기 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 반응온도에서 Z기와 반응할 수 있으면 무방하다. 화학식 1의 방담 기능성 화합물의 Z기 당량 : 이에 반응하는 수지 내의 관능기 당량의 비는, 예컨대 0.5 : 1 내지 2 : 1일 수 있다. Z기의 당량비가 이보다 작으면 도막의 방담성이 떨어질 수 있고, 반대로 이보다 많으면 고정화되지 않은 친수성 화합물의 양이 늘어나 내수성 등의 도막물성이 떨어질 수 있다.
본 발명에 있어서 방담 기능성 화합물의 사용량은, 도막을 이루는 전체 고형분양 100 중량부에 대하여, 예컨대 1 내지 30 중량부일 수 있고, 보다 구체적으로는 3 내지 20 중량부일 수 있다. 방담 기능성 화합물 사용량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 방담성능과 경화반응의 정도가 떨어질 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 도막이 극단적으로 친수성이 되어 내수성 및 도막의 물성이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 수지의 사용량은, 도막을 이루는 전체 고형분양 100 중량부에 대하여, 예컨대 70 내지 100 중량부일 수 있고, 보다 구체적으로는 85 내지 98 중량부일 수 있다. 수지 사용량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 방담 지속성 및 도막 물성 발현에 문제가 있을 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 건조 및 작업성에 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 있어서 방담 기능성 화합물은 수지의 중합반응 전에 수지의 단량체의 관능기와 미리 반응되거나, 수지의 중합반응 중에 동시에 반응되거나, 또는 조성물 제조시 첨가제로 후첨되어 도장 후 고온소부시 반응될 수 있으며, 또한 이러한 여러 공정에 분할 및 중복투입되어 사용될 수 있다.
화학식 1의 방담 기능성 화합물의 X기는 알칼리 화합물로 중화시켜 사용할 수 있다. 상기 중화반응의 목적은 X기에 의한 고온에서의 산화 및 열화를 막고, 코팅액 저장시 경화반응을 억제하여 저장성을 높이며, 도막의 친수성을 높여 방담기능을 향상시키기 위함이다. 중화반응은 수지의 중합반응전, 중합반응시, 혹은 도료제조시 후첨하는 어느 공정에서나 실시할 수 있으며, 또한 상기 기술한 여러 공정에서 중복하여 실시할 수 있다. 중화반응시 알칼리 화합물의 적용량은 X기에 대하여 당량비로 0.5 내지 2.0 범위에서 사용할 수 있다. 알칼리 화합물의 적용량이 이보다 적으면 전술한 중화반응의 효과가 떨어지고, 많으면 친수성이 증가하여 도막의 내수성 등의 물성이 악화된다. 본 발명에서 사용 가능한 알칼리 화합물의 예로는 수산화나트륨, 수산화칼슘, 암모니아, 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디메틸아미노에탄올, 디에틸아미노에탄올, 아닐린, α-나프틸아민, 벤질아민, 피리딘, 2,6-루티딘, 이미다졸 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 방담 코팅용 조성물에 포함되는 희석 용제는 조성물의 점도 등을 조절하여 조성물의 코팅성을 개선하기 위해 사용하는 것으로서, 알코올계 용제, 알코올 에테르계 용제, 셀로솔브계 용제, 알콕시 알코올계 용제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 상기 희석 용제의 사용량은 목적하는 조성물의 점도에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 본 발명의 코팅 조성물의 고형분 100 중량부에 대하여 50 내지 1,000 중량부가 포함될 수 있다. 희석 용제의 함량이 50 중량부 미만이면 희석 부족에 의한 작업성 불량으로 외관이 떨어질 수 있고, 1,000 중량부를 초과하면 경화성, 부착성 및 내스크래치성 등이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 방담 코팅용 조성물은 경화제, 산 촉매, 계면활성제, 광안정제 및 표면조절용 첨가제로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 방담 코팅용 조성물은, 최종 경화도막의 강도를 향상시키기 위하여 도료업계에서 통상적으로 사용하는 경화제를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 각종 아미노 수지류, 이소시아네이트기 함유 수지류, 에폭시 수지, 다관능 하이드록시기를 지닌 화합물, 다관능 카르복시기를 갖는 화합물 등의 1종 이상을 코팅 조성물 고형분 100 중량부에 대하여, 예컨대 0 내지 25 중량부의 범위에서 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 방담 코팅용 조성물은, 수지와 경화제의 가교 관능기의 반응성을 높여 저온 및 단기간의 경화를 가능하게 하기 위하여 산 촉매를 1종 이상 추가로 포함할 수 있다. 산 촉매는 1액형으로 첨가될 수도 있고, 2액형화하여 수지 성분과는 별도로 포장하여 도포 전 수지 성분과 혼합하는 방법으로 사용될 수도 있다. 예를 들면, 술폰산 계열의 산 촉매, 구체적으로는 나프탈렌술폰산-포름알데히드 축합물, 알킬나프탈렌술폰산, 디노닐나프탈렌디술폰산, 도데실벤젠술폰산 및 파라-톨루엔술폰산 등을 1종 이상 포함할 수 있다. 이러한 산 촉매는 코팅 조성물의 고형분 100 중량부에 대하여 0 내지 5중량부의 범위에서 사용될 수 있다. 산 촉매 사용량이 지나치게 많으면 도막이 너무 친수성으로 되어 내수성 등의 도막 물성이 악화될 수 있다.
또한 본 발명의 방담 코팅용 조성물은, 방담지속성을 향상시키기 위하여 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 계면활성제의 종류로는 비이온성, 음이온성, 양이온성 및 양쪽이온성 계면활성제가 있으며, 비이온성 및 음이온성 계면활성제가 방담 효과의 지속성 측면에서 바람직하고, 경우에 따라 이들을 혼용할 수 있다. 계면활성제는 업계에서 통상적으로 사용하는 것이면 무방하며, 그 사용량은 코팅 조성물 고형분 100 중량부에 대하여 0 내지 10 중량부로, 이 범위를 초과하면 도막의 백탁현상이 발생할 우려가 있다.
또한 본 발명의 방담 코팅용 조성물은, 장기간에 걸친 광노출에 따른 도막의 물성 저하를 방지하기 위해 업계에서 통상적으로 사용하는 광안정제를 추가로 포함할 수 있다. 첨가의 효과를 얻으면서 도막의 물성을 저하시키지 않기 위한 광안정제의 사용량은 코팅 조성물 고형분 100 중량부에 대하여 0 내지 2중량부인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 방담 코팅용 조성물은, 도막의 슬립(slip) 및 레벨링(leveling) 향상을 위해 표면조절용 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 표면조절용 첨가제로는 실리콘 디아크릴레이트 계열 화합물 또는 실리콘 변성 폴리아크릴레이트 화합물 등이 바람직하게 사용되며, 첨가의 효과를 얻으면서 도막의 물성을 저하시키지 않기 위한 표면조절용 첨가제 사용량은 코팅 조성물 고형분 100 중량부에 대하여 0 내지 2중량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 방담 코팅용 조성물은 상기한 성분들 이외에도 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 방담 코팅용 조성물에 통상적으로 첨가되는 첨가제들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 방담 코팅용 조성물의 제조방법에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대 상기한 바와 같은 필수성분들 및 임의성분들을 업계에서 통상적으로 사용하는 교반기 등의 혼합용 장비에 투입한 후 상온의 온도 범위에서 혼합하는 통상의 방법에 따라 제조될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위는 이들 실시예로 한정되지 않는다.
[실시예 및 비교예]
< 비교예 1: 술폰산기를 지닌 비닐계 단량체를 사용한 방담 코팅용 조성물의 제조>
냉각기와 온도계가 장착된 4구 플라스크에 질소를 공급하면서 용제로서 메톡시프로판올(MPA) 240g을 넣고 80℃로 승온시켰다. 용제의 온도를 일정하게 유지하면서, N-메틸올아크릴아마이드(NMA) 15g, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산(AMPS) 15g, 메틸메타크릴레이트(MMA) 55g, N,N-디메틸아크릴아마이드(DMAM) 20g, 2-메톡시에틸아크릴아마이드(MEA) 20g, 트리에틸아민(TEA) 5g을 혼합한 단량체 혼합물과 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 1g을 메톡시프로판올(MPA) 40g에 녹인 개시제 혼합물을 각각 일정한 속도로 약 4시간에 걸쳐 반응기에 적하시켰다. 적하완료 후 2시간동안 반응을 진행시키고, 메톡시프로판올(MPA) 10g에 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 0.5g을 녹인 개시제 용액을 10분에 걸쳐 적하한 후, 반응기를 80℃에서 2시간 동안 유지하여 남아있는 미반응 모노머 양을 최소화시키고 반응물을 상온으로 냉각하여 공중합체를 제조하였다.
상기 공중합체 용액 410g을 비이커에 넣고 교반하면서 메톡시프로판올(MPA) 390g, 2-에틸헥실술포숙신산 나트륨(음이온유화제, EHSSNa) 5g, 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산(표면조정제, BYK333) 0.1g을 순서대로 넣고 혼합하여 방담코팅용 조성물을 제조하였다(도료 고형분 15.9%).
< 실시예 1: 비닐술폰산(VSA)을 아크릴 공중합체 수지 골격에 고정화시킨 방담 코팅용 조성물의 제조>
냉각기와 온도계가 장착된 4구 플라스크에 질소를 공급하면서 용제로서 MPA 240g을 넣고 80℃로 승온시켰다. 용제의 온도를 일정하게 유지하면서, N-메틸올아크릴아마이드(NMA) 15g, 메틸메타크릴레이트(MMA) 45g, N,N-디메틸아크릴아마이드(DMAM) 20g, 2-메톡시에틸아크릴아마이드(MEA) 20g, 트리에틸아민(TEA) 7.5g을 혼합한 단량체 혼합물에, 탈이온수(De-ionized water) 40g에 비닐술폰산(VSA) 8g과 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(MPTMS) 22g을 녹인 수용액을 섞은 후, 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 1g을 메톡시프로판올(MPA) 20g에 녹인 개시제 혼합물과 각각 일정한 속도로 약 4시간에 걸쳐 반응기에 적하시켰다. 적하완료 후 2시간동안 반응을 진행시키고, 메톡시프로판올(MPA) 10g에 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 0.5g을 녹인 개시제 용액을 10분에 걸쳐 적하한 후, 반응기를 80℃에서 2시간 동안 유지하여 남아있는 미반응 모노머 양을 최소화시키고 반응물을 상온으로 냉각하여 공중합체를 제조하였다.
상기 공중합체 용액 440g을 비이커에 넣고 교반하면서 메톡시프로판올(MPA) 380g, 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산(표면조정제, BYK333) 0.1g을 순서대로 넣고 혼합하여 방담코팅용 조성물을 제조하였다(도료 고형분 15.7%)
< 실시예 2: 3 - 메르캅토프로판술폰산(MPS)을 아크릴 공중합체 수지 골격에 고정화시킨 방담 코팅용 조성물의 제조>
냉각기와 온도계가 장착된 4구 플라스크에 질소를 공급하면서 용제로서 메톡시프로판올(MPA) 240g을 넣고 80℃로 승온시켰다. 용제의 온도를 일정하게 유지하면서, N-메틸올아크릴아마이드(NMA) 15g, 도파민 메타크릴아마이드(Dopamine Methacrylamide, DOPAMAM) 10g, 메틸메타크릴레이트(MMA) 53g, N,N-디메틸아크릴아마이드(DMAM) 20g, 2-메톡시에틸아크릴아마이드(MEA) 20g을 혼합한 단량체 혼합물과 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 1g을 메톡시프로판올(MPA) 30g에 녹인 개시제 혼합물과 각각 일정한 속도로 약 4시간에 걸쳐 반응기에 적하시켰다. 적하완료 후 2시간동안 반응을 진행시키고, 메톡시프로판올(MPA) 10g에 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 0.5g을 녹인 개시제 용액을 10분에 걸쳐 적하한 후, 반응기를 80℃에서 2시간 동안 유지하여 남아있는 미반응 모노머 양을 최소화시켰다. 여기에 트리에틸아민(TEA) 25g을 10분간 투입하고 30분간 교반시켜 염기성 분위기를 만든 후, 3-메르캅토프로판술폰산(MPS) 7g을 70% EtOH 50g에 녹인 용액을 10분간 첨가하고 3시간 교반하면서 유지시킨 후 상온으로 냉각하여 공중합체를 제조하였다.
상기 공중합체 용액 470g을 비이커에 넣고 교반하면서 메톡시프로판올(MPA) 320g, 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산(표면조정제, BYK333) 0.1g을 순서대로 넣고 혼합하여 방담코팅용 조성물을 제조하였다(도료 고형분 15.8%)
< 실시예 3: 3 - 아미노프로판술폰산(APS)을 아크릴 공중합체 수지 골격에 고정화시킨 방담 코팅용 조성물의 제조>
냉각기와 온도계가 장착된 4구 플라스크에 질소를 공급하면서 용제로서 메톡시프로판올(MPA) 240g을 넣고 80℃로 승온시켰다. 용제의 온도를 일정하게 유지하면서, N-메틸올아크릴아마이드(NMA) 15g, 글리시딜메타크릴레이트(GMA) 10g, 메틸메타크릴레이트(MMA) 53g, N,N-디메틸아크릴아마이드(DMAM) 20g, 2-메톡시에틸아크릴아마이드(MEA) 20g을 혼합한 단량체 혼합물과 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 1g을 메톡시프로판올(MPA) 30g에 녹인 개시제 혼합물과 각각 일정한 속도로 약 4시간에 걸쳐 반응기에 적하시켰다. 적하완료 후 2시간동안 반응을 진행시키고, 메톡시프로판올(MPA) 10g에 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 0.5g을 녹인 개시제 용액을 10분에 걸쳐 적하한 후, 반응기를 80℃에서 2시간 동안 유지하여 남아있는 미반응 모노머 양을 최소화시켰다. 반응기의 온도를 50℃로 낮춘 후, 여기에 트리에틸아민(TEA) 5.8g, 3-아미노프로판술폰산(APS) 7g 및 메톡시프로판올(MPA) 40g을 녹인 용액을 반응온도를 유지하면서 1시간 적하하고 1시간 교반하면서 유지시킨 후 상온으로 냉각하여 공중합체를 제조하였다.
상기 공중합체 용액 450g을 비이커에 넣고 교반하면서 메톡시프로판올(MPA) 350g, 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산(표면조정제, BYK333) 0.1g을 순서대로 넣고 혼합하여 방담코팅용 조성물을 제조하였다(도료 고형분 15.7%)
<비교예 및 실시예 조성물의 물성평가>
상기 비교예 및 실시예들에서 제조된 방담 코팅용 조성물을 투명 폴리카보네이트 시편(렉산수지)에 약 4 마이크론 두께로 에어 스프레이 코팅한 후, 120℃의 온도 조건에서 약 30분 열경화시켜 형성된 방담 코팅 시편에 대하여 하기와 같은 시험항목에 대한 평가를 행하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 부착성: ASTM D3359에 의거 크로스 컷 테이프 테스트(cross cut tape test)를 시행하여 평가
2) 습기시험: 상온에서 방담 코팅면에 스팀을 3초동안 분사한 후 코팅면의 상태를 육안으로 관찰
3) 내열성: 시편을 130℃에 한 시간 방치한 후, 코팅면 표면에 황변, 백화, 크랙 및 무지개 현상 등이 발생하는지를 육안으로 관찰
4) 내산성: 시편의 코팅면에 0.1N 황산용액 0.2mL를 바르고 24시간 동안 방치한 후, 시편을 물로 씻고 다시 한 시간 동안 방치한 다음, 코팅면에 크랙, 변색, 주름, 벗겨짐 및 부풀음 등의 도막 결함이 발생하는지를 육안으로 관찰
5) 내알칼리성: 시편의 코팅면에 0.1N 수산화나트륨 용액 0.2mL를 바르고 24시간동안 방치한 후, 시편을 물로 씻고 다시 한 시간 동안 방치한 다음, 코팅면에 크랙, 변색, 주름, 벗겨짐 및 부풀음 등의 도막 결함이 발생하는지를 육안으로 관찰
6) 내습성: 시편을 50℃, 상대습도 98%의 항온항습기에 240시간 동안 방치한 후, 코팅면에 황변, 크랙, 주름, 백화 및 무지개현상 등이 발생하는지를 육안으로 관찰
7) 내냉열 사이클: 시편을 -40℃에서 2시간 동안 방치하고, 다시 이를 80℃에서 2시간 동안 방치하는 과정을 10회 반복한 후, 코팅면에 황변, 백화, 크랙, 주름 및 무지개 현상 등이 발생하는지를 육안으로 관찰
8) 내수성: 시편을 40℃의 물에 240시간 동안 침적한 다음 1시간 동안 건조한 후, 코팅면에 크랙, 변색, 벗겨짐, 주름 및 부풀음 등의 도막 결함이 발생하는지를 육안으로 관찰
9) 내후성: 제논 광원을 사용하는 촉진 내후성 시험기기로 흑판 패널 온도 80℃에서 100시간 동안 시험한 후 황변 여부를 Color meter로 관찰
Figure pat00001

Claims (6)

  1. 수지;
    하기 화학식 1의 방담 기능성 화합물; 및
    희석 용제를 포함하며,
    상기 방담 기능성 화합물은 상기 수지의 골격에 고정화된 형태로 조성물에 포함되거나 또는 상기 수지와는 별도의 성분으로 조성물에 포함되는, 방담 코팅용 조성물:
    [화학식 1]
    X-(O)n-Y- W-Z
    상기 화학식 1에서,
    X는 술폰산기(-SO3H) 또는 인산기(-PO3H2)이고,
    O는 산소원자이며,
    n 및 m은 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    Y는 직접 결합, 알킬기, 시클로알킬기, 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    W는 헤테로고리기이며,
    Z는 티올기, 하이드록시기, 카르복시기, 알콕사이드기, 알데히드기, 아미노기, 니트로기, 할로겐 및 비닐기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  2. 제1항에 있어서, 수지가 글리시딜기, 아미노기, 페놀기, 이소시아네이트기, 알데히드기, N-메틸올기 및 가수분해성 알콕시실릴기로부터 선택되는 하나 이상의 관능기를 포함하는 아크릴 공중합체 수지인 것을 특징으로 하는 방담 코팅용 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 화학식 1의 방담 기능성 화합물의 Z기 당량 : 수지 내의 관능기 당량의 비가 0.5 : 1 내지 2 : 1인 것을 특징으로 하는 방담 코팅용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 방담 기능성 화합물이 수지의 중합반응 전에 수지의 단량체의 관능기와 미리 반응되거나, 수지의 중합반응 중에 동시에 반응되거나, 또는 조성물 제조시 첨가제로 후첨되어 사용되는 것을 특징으로 하는 방담 코팅용 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 경화제, 산 촉매, 계면활성제, 광안정제 및 표면조절용 첨가제로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방담 코팅용 조성물.
  6. 수지 골격; 및
    상기 수지 골격에 고정화된 방담 기능성 화합물을 가지며,
    상기 방담 기능성 화합물이 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수지:
    [화학식 1]
    X-(O)n-Y-(W)m-Z
    상기 화학식 1에서,
    X는 술폰산기(-SO3H) 또는 인산기(-PO3H2)이고,
    O는 산소원자이며,
    n 및 m은 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    Y는 직접 결합, 알킬기, 시클로알킬기, 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    W는 헤테로고리기이며,
    Z는 티올기, 하이드록시기, 카르복시기, 알콕사이드기, 알데히드기, 아미노기, 니트로기, 할로겐 및 비닐기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
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