KR20180107823A - 유리 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리표면에 나노 무기물층을 코팅하는 유리 코팅방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리표면에 나노 무기물층의 코팅하되, 투명한 코팅층 또는 반투명 코팅층을 얻기 위한 유리 코팅방법에 관한 것이다.

Description

유리 코팅방법{Method for glass coating}

본 발명은 유리표면에 나노 무기물층을 코팅하는 유리 코팅방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리표면에 나노 무기물층의 코팅하되, 투명한 코팅층 또는 반투명 코팅층을 얻기 위한 유리 코팅방법에 관한 것이다.

종래기술의 유리표면에 코팅되는 코팅층은 유리의 표면에 습식 또는 건식방법으로 불소계 수지 또는 실리콘계 수지가 코팅되고 있었다. 구체적으로, 건식 증착방법으로, 실리카(SiO2)로 이루어진 증착층 및 상기 증착층 상에 불소계 수지 또는 실리콘계 수지가 코팅층을 형성하고 있다. 유리에 코팅층을 형성하면 지문방지기능은 물론 슬립기능이 있어서, 내스크래치성이 다소 향상된다.

도 1은 종래의 지문방지층이 형성된 유리를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1에 의하면, 먼저 유리가 장착된 지그를 증착기에 장입한다(S1). 증착기에 장입하기 이전에, 유리의 표면에 부착된 먼지와 같은 이물질을 제거한다. 그후, 진공 증착으로 유리의 표면에 실리카층(SiO2층)을 형성한다(S2). 진공 증착을 위하여, 약실의 위치, 증착 두께 등과 같은 증착 조건은 사전에 설정되며, 약실에 필요한 약품을 보충한다. 이어서, 실리카층 상에 상기 지문방지층을 진공증착으로 형성한다(S3). 여기서, 진공 증착은 일반적으로 전자빔에 의한 증착법이 이용된다. 구체적으로, 실리카(SiO2)를 유리에 증착시킨 후, 그 증착면 상에 ECC(Easy Cleaning Coating)으로 지문방지층을 형성한다. 하지만, 상기 유리 구조체에서 실리카층이 없으면 유리와 지문방지층의 결합력이 견고하지 못하여 내구성이 떨어진다. 결합력이 낮으면 경도가 떨어지고, 날카로운 물질에 의해 유리 구조체의 표면에 스크래치가 발생할 수 있다.

또한 종래기술 1인 한국등록특허 제10-1630450호에 개시된 지문방지층을 가진 고경도의 유리 코팅방법에는 투명한 유리(10) 상에, 기저층(20)과 상부 실리카층(30)로 구성된 고경도층(40) 및 지문방지층(50)이 순차적으로 적층되고, 상기 기저층(20)은 순차적으로 알루미나층(21), 하부 실리카층(22), 실리콘카바이드층(23) 및 지르코늄층(24)으로 이루어진다. 이와 같이 다수층을 코팅하기 위해서는 많은 시간과 다수의 물질을 순차적으로 공급하여야만 하는 단점이 있다.

또 다른 종래의 무기 도막 형성방법의 경우에는 무기 도막을 형성하고자 하는 모재가 법랑의 경우 550 ~ 800℃의 온도에서 소성 공정을 진행하므로 그 소성온도가 매우 고온일 뿐만 아니라 종래 친수성 무기 도막 형성방법의 경우 300℃ 미만의 저온 소성이 가능한 방법이 활용되고 있지만 융점이 200℃ 미만의 고분자 또는 유무기 복합재료 등을 모재로 사용할 경우 100℃ 이상에서는 모재가 열에 의한 변형이 발생하여 소성이 어려우며, 일반 소성로를 이용하여 열경화를 실시하는 경우 급격한 온도 상승 혹은 온도 하강에 의한 열 충격에 의하여 소성 시 무기도막이 코팅된 표면에 크랙이 형성되는 등의 다양한 문제점이 발생할 수 있다.

또한 모재에 무기 도막을 코팅하기 위하여는 수십 분에서 수 시간 정도의 소성시간이 필요하고 이와 같이 무기 도막의 코팅에 의한 제품 양산을 위해서는 상당한 시간의 소성시간을 필요로 하는바, 생산성이 떨어지는 문제가 발생한다.

한국등록특허 제10-1630450호(2016.06.08 등록)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유리표면에 나노 무기물층을 코팅하는 유리 코팅방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리표면에 나노 무기물층의 코팅하되, 투명한 코팅층 또는 반투명 코팅층을 얻기 위한 유리 코팅방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위하여 유리표면을 가열하는 단계(S1);

가열된 유리표면에 무기도료 조성물을 코팅하는 단계(S2);로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 상기 전처리 단계(S1)는, 산성 및 알칼리 특성을 갖는 용액으로 세정하거나, 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 상기 전처리 단계(S1)에서 플라즈마 처리는 친수성을 부여하기 위한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위하여 유리표면의 세정을 위한 전처리 단계(S1);

유리표면을 -100 ~ 0℃ 로 냉각하는 단계(S2); 냉각된 유리표면에 무기도료 조성물을 코팅하는 단계(S3);로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유리표면에 나노 무기물층을 코팅하는 유리 코팅방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리표면에 나노 무기물층의 코팅하되, 투명한 코팅층 또는 반투명 코팅층을 얻기 위한 유리 코팅방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 유리표면에 나노 무기물층을 코팅하면 유리표면과의 결합력이 강하여 모재와의 접착력 및 부착력 등이 우수하고 오랜 시간이 지나도 코팅막이 모재로부터 이탈되는 문제가 없다.

또한, 상기 무기도료 코팅막은 친수성 코팅막으로서 유기물질 등과 결합력이 약하여 유기계 오염물질들이 잘 묻지 아니하고, 나아가 유기계는 물론 기타의 오염 물질들의 제거가 용이하여 다른 작업을 가하지 않고 코팅막 표면에 단지 물을 흘려주는 것만으로도 오염물질이 쉽게 제거되는 효과가 있다.

또한, 무기도료 코팅막의 특성상 강한 내후성, 내구성, 내약품성, 내마모성, 표면의 고경도, 원적외선 방사, 불연성, 내약품성, 내식성 등이 뛰어나고 항균성도 우수한 무기 도료 조성물 및 이를 이용한 무기계 코팅막이 제공된다.

또한, 용매로 물을 사용하기 때문에 조성물의 제조과정 및 코팅과정에서 오염물질이 발생하지 않아 친환경적이고, 그 수명이 반영구적인 효과가 있다.

도 1a와 도 1b는 각각 종래의 지문방지층을 갖는 유리의 코팅방법의 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면들에 있어서, 막(층, 패턴) 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장될 수 있다.

또한, 막(층, 패턴)이 다른 막(층, 패턴)의 '상', '상부', '하부', '일면'에 있다고 언급되는 경우에, 그것은 다른 막(층, 패턴)에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 다른 막(층, 패턴)이 개재될 수도 있다.

본 발명의 제 1 실시예의 전체 코팅공정은 유리표면의 세정을 위한 전처리 단계(S1); 유리표면을 50 ~ 200℃ 로 가열하는 단계(S2); 가열된 유리표면에 무기도료 조성물을 코팅하는 단계(S3);순으로 진행된다.

상기 전처리 단계(S1)는, 유리표면을 맑고 깨끗하게 코팅하기 위하여 필요하다. 전처리의 종류로는 유리표면에 부착된 이물질의 종류에 따라 산성 또는 알칼리 특성을 갖는 용액으로 세정하여야 하며, 코팅되는 무기도료 조성물의 특성인 친수성을 높이기 위하여 플라즈마 처리를 할 수 있다.

상기 플라즈마 처리부는 전처리로서 플라즈마를 이용하는 경우와 플라즈마와 동시에 산소, 질소, 아르곤 등의 가스를 사용한다. 특히 이산화규소(SiO2) 또는 SiOH 등 모재표면을 친수화시키는 물질등을 이용하여 플라즈마 코팅을 하는데 사용할 수 있다.

상기 이산화규소(SiO2) 또는 SiOH의 코팅은 주로 고분자나 유기물질 상에 코팅을 위하여 하기의 무기도료 조성물을 유기 또는 고분자 물질위에 바로 부착하기 어려움을 극복하기 위한 것으로 플라즈마 처리와 함께 이산화규소(SiO2) 또는 SiOH를 표면에 코팅함으로서 무기도료 조성물 용액의 부착력을 높이고 내구성을 확보하기 위한 것으로 고분자 필름 또는 유기(페인트)도장 된 표면에 코팅시 주로 활용된다.

유기 또는 고분자등으로 이루어진 소수특성을 갖는 기재의 표면에 플라즈마를 이용하지 않더라도 무기도료 조성물을 일반 페인트, 분체도장, 또는 고분자등으로 이루어진 필름위에 코팅(부착)하기 위해서는 무기도료 조성물을 기재위에 전체적으로 부착시키고 100℃ 이상의 고온을 이용하여 부착력을 증가시킬 수 있다. 여기서 고온은 무기도료 조성물이 소결이 될 수 있는 온도를 말하며 자연상태인 상온(25℃)에서 하루 24시간 이상 상온(25℃) 건조를 통하여 동일한 결과를 획득할 수 있으며 시간을 단축시키기 위해서는 온도를 상향하여 시간을 단축할 수 있다.

상기 전처리 단계이후에 유리 표면에 HAZE를 발생하여 투명과 반투명, 불투명하게 하는 내지문 특성을 발휘하기 위하여 유리표면을 가열한다. 이때 가열온도는 50 ~ 200℃의 온도범위로 유리 표면을 가열한다.

상기 Haze는 건조한 먼지나 염분 입자가 대기중에 부유하고 있는 현상을 말하는 것으로, 대기중의 먼지나 입자가 너무 작아(지름 약 0.1㎛) 육안으로 식별이 어렵고, 결집하면 수평 시정(視程)을 감소시키고 대기를 뿌옇게 보이게 한다. 연무는 배경이 어두우면 푸르게 보이고 밝으면 노랗게 보인다. 이러한 특성으로 연무는 하늘을 잿빛으로 물들이는 박무(薄霧)와 구별된다

상기 유리표면의 가열은 무기도료 조성물 코팅전에 모재를 뜨겁게 하여 헤이즈를 제어할 수 있으며 온도가 높을수록 이후에 진행되는 무기도료 조성물의 코팅시 무기도료 조성물에 포함된 물을 빠르게 건조시켜 엠보싱의 크기를 제어할 수 있으며 헤이즈의 량을 높일 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예는 유리표면을 반투명하게 헤이즈를 부여하는 것으로, 내지문성과 반사율를 낮추고 투과율을 향상시키고자 하는 것이다. 이는 유리표면의 온도를 높이면, 유리표면에 도달한 무기도료 조성물이 빠르게 증발시켜 코팅되는 두께를 증가시킬 수 있고, 반대로 유리표면의 온도를 낮추면, 유리표면에 도달한 무기도료 조성물이 상대적으로 느리게 증발되어 코팅되는 무기도료층의 두께를 감소시킬 수 있게 된다.

또한 유리표면에 분무되는 무기도료 조성물의 량을 적게하고, 분무횟수를 줄이이면, 코팅되는 무기도료층의 두께를 감소시킬 수 있고, 반대로 분무횟수를 증가시키면 코팅되는 두께를 증가시킬 수 있게 된다.

다시 설명하면, 유리표면의 온도를 제어하거나, 무기도료 조성물의 량을 제어하여 헤이즈의 량을 제어할 수 있게 되는 것이다.

무기도료 조성물의 코팅 두께는 수십나노미터에서 수마이크로미터로 코팅하여 광반사율과 투과율을 변화시킬 수 있으며 이에 따라 헤이즈 량(탁도)을 변화시켜 광의 확산과 내지문 특성을 나타낼 수 있다.

이러한 헤이즈 특성은 유리에 주로 이용하지만 강판의 경우 유광 또는 무광특성을 나타내기 위해 사용하기도 한다.

본 발명의 제 2 실시예의 무기도료 조성물 코팅공정은 전처리 단계, 유리표면을 -40 ~ 0℃ 로 냉각하는 단계(S2); 냉각된 유리표면에 무기도료 조성물을 코팅하는 단계(S3);순으로 진행된다. 이때 전처리 단계는 제1 실시예의 전처리 단계와 동일하다.

제 2 실시예에서 유리표면을 냉각하는 이유는, 유리를 맑고 깨끗하게 코팅하기 위한 것으로, 무기도료 조성물이 모재표면에 부착과 동시에 서로 결합하지 않은 상황에서 얼어 붙는 효과를 이용해 눈에 보이지 않는 매우 투명한 무기도료 조성물 코팅를 하기 위한 것이다.

유리표면을 냉각한 후, 무기도료 조성물을 코팅한다. 무기도료 조성물의 코팅 두께는 0.01 ~ 5㎛ 가 바람직하다.

본 발명의 제 3 실시예의 무기도료 조성물 코팅공정은 마이크로웨이브 또는 광소결을 활용하여 모재표면의 수용액에만 열에너지를 줄 수 있는 마이크로웨이브와 광소결 방법을 이용하여 모재에는 열충격을 주지 않으면서 표면 코팅재에만 에너지를 인가하여 소성하는 방법으로 짧은 시간동안 열소성이 가능하여 생산성을 높일 수 있고 모재에 열에너지를 고온으로 인가하지 않아 유기 또는 고분자로 이루어진 열충격에 약한 재료의 코팅에 매우 잘 활용할 수 있다.

본 발명에 의한 무기도료 조성물은 하기 화학식 1 내지 하기 화학식 3 중 어느 하나의 화학식으로 표시되는 적어도 1종 이상의 알칼리 금속 실리케이트; 인산(H₃PO₄); KOH, NaOH, 또는 LiOH, LiOH중 선택된 어느 하나 이상의 강염기; 및 물(H₂O);을 포함하는 무기도료 조성물을 혼합하고 교반하여 제조된다.

[화학식 1] xNa₂O·ySiO₂·nH₂O

[화학식 2] xK₂O·ySiO₂·nH₂O

[화학식 3] xLi₂O·ySiO₂·nH₂O

(상기 화학식 1 내지 화학식 3에서 x : y의 비는 1 : 1.9 ~ 500이며, n은 1 ~ 20의 자연수이다.)

상기 무기 도료 조성물은, 상기 화학식 1 내지 화학식 3 중 어느 하나의 화학식으로 표시되는 알칼리 금속 실리케이트 25 내지 95 중량부; 상기 인산(H3PO4)은 0.1 내지 5 중량부; 상기 강염기는 0.5 내지 10 중량부; 및 물(H2O) 5 내지 95 중량부; 로 포함된다.

상기 화학식 1 내지 화학식 3 중 어느 하나의 화학식으로 표시되는 알칼리 금속 실리케이트는, 각각 40 내지 60 중량부, 20 내지 40 중량부, 및 40 내지 60 중량부로 포함된다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (4)

1. 유리표면의 세정을 위한 전처리 단계(S1);
   유리표면을 50 ~ 200℃ 로 가열하는 단계(S2);
   가열된 유리표면에 무기도료 조성물을 코팅하는 단계(S3);로 이루어진 것을 특징으로 하는 유리표면 코팅방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전처리 단계(S1)는, 산성 및 알칼리 특성을 갖는 용액으로 세정하거나, 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 유리표면 코팅방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전처리 단계(S1)에서 플라즈마 처리는 친수성을 부여하기 위한 것을 특징으로 하는 유리표면 코팅방법.
4. 유리표면의 세정을 위한 전처리 단계(S1);
   유리표면을 -100 ~ 0℃ 로 냉각하는 단계(S2);
   냉각된 유리표면에 무기도료 조성물을 코팅하는 단계(S3);로 이루어진 것을 특징으로 하는 유리표면 코팅방법.

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