KR20200131896A - 습한 환경에서 사용하기 위한 다기능성 코팅 - Google Patents

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마르시엘 가이에르
모하메드 알게르모지
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그라파이트 이노베이션 앤드 테크놀로지스 인크.
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Abstract

열경화성 수지 시스템을 포함하는 코팅 조성물 및 열경화성 수지 시스템을 사용하여 코팅 조성물을 제조하기 위한 키트 둘 다가 제공된다. 상기 코팅 조성물 및 상기 키트는 그래핀 나노플레이트렛, 및 천연 또는 합성 오일, 은 나노입자, 구리 분말, 티타늄 나노입자, 및 세피올라이트 중 하나 이상을 포함한다. 본 발명의 코팅 조성물 및 본 발명의 키트로부터 제조된 코팅 조성물에서, 그래핀 나노플레이트렛, 천연 오일 또는 합성 오일, 은 나노입자, 구리 분말, 티타늄 나노입자, 및 세피올라이트는 열경화성 수지 시스템에 분산되어 있다.

Description

습한 환경에서 사용하기 위한 다기능성 코팅
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에 2018년 3월 20일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 제62/645,504호의 이득을 주장한다. 상기 모든 문서는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 습한 환경에서 사용하기 위한 다기능성 코팅에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이러한 용도를 위한 저-마찰, 파울링-방출 (foul-releasing), 부식 방지, 기계적으로-강화된 코팅에 관한 것이다.
파울링, 부식, 및 부식방지/파울링-방출 코팅
파울링 (fouling)은 기능을 손상시키기 위해 고체 표면에 원하지 않는 물질이 축적되는 것이다. 파울링 물질은 살아있는 유기체, 예컨대 미생물, 식물, 조류, 또는 동물 (바이오파울링) 또는 무생물 물질 (무기물 및/또는 유기물)로 이루어질 수 있다. 파울링은 일반적으로 정의되고 유용한 기능을 수행하는 구성요소, 시스템 또는 식물의 표면에서 발생하고 파울링 과정이 이 기능을 지연시키거나 방해한다는 점에서 다른 표면-성장 현상과 구별된다. 파울링 현상은 선박 선체 (ship hull)의 파울링, 해양 환경에서의 자연 표면 (해양 파울링), 냉각수 또는 가스에 함유된 성분을 통한 열-전달 구성요소의 파울링에 이르기까지 일반적이고 다양하다.
부식은 잘 알려진 과정으로, 정제된 금속을 보다 화학적으로 안정된 형태, 예컨대 이의 산화물, 수산화물, 또는 황화물로 전환시키는 과정이다. 이들 환경과의 화학적 및/또는 전기화학적 반응에 의해 물질 (일반적으로 금속)이 점진적으로 파괴된다. 부식은 특히 물 및/또는 습기에 노출된 대상, 예를 들어, 날씨, 염수 및 기타 열악한 환경에 노출된 대상에서 발생한다.
따라서, 파울링 및 부식은 선박 구성요소 및 해양 환경에 노출된 기타 표면과 같은 물/습기에 노출된 표면뿐만 아니라 물을 포함하는 장치 (열-전달 장치 등)의 표면에서 둘 다 공통적이다.
부식 방지, 파울링 방지 및/또는 파울링-방출을 위한 코팅은 새로운 환경 규제와 해양 생태계로의 침입 종의 분산이 국내 및 국제 수역에서 중요한 환경 문제를 야기한다는 사실 때문에 점점 더 중요한 역할을 한다. 따라서, 해양 코팅 산업은 2019년까지 104억 달러의 가치가 있을 것이다. 시장 성장에 기여하는 주요 인자는, 해양 자산의 장기적인 보호를 보장하기 위한 코팅의 광범위한 사용과 IMO 밸러스트 탱크 코팅 규칙의 구현이다. 엄격한 환경 규제와 친환경 제품에 대한 고객 선호도 또한 규정을 신장시키고 있다.
에폭시 코팅
"에폭시"는 A) 임의의 기본 성분 또는 B) 에폭시 수지의 경화된 최종 생성물을 지칭할 수 있다. 이것은 또한 에폭시드 작용기(
Figure pct00001
)에 대한 일상적인 명칭이다.
폴리에폭사이드로도 알려진 에폭시 수지는 잘 알려진 부류의 반응성 예비중합체 및 에폭시드 그룹을 함유하는 중합체이다. 에폭시 수지는 촉매 단독중합을 통해 자체적으로 또는 다작용성 아민, 산 (및 산 무수물), 페놀, 알코올 및 티올을 포함하는 광범위한 공-반응물과 반응 (즉, "가교결합" 또는 "경화")될 수 있다. 이들 공-반응물은 종종 경화제 (hardener) 또는 경화제 (curative)로 지칭되고, 가교결합 반응은 통상적으로 경화로 지칭된다.
에폭시 수지의 그 자체와의 또는 경화제와의 반응으로 에폭시 열경화성 중합체가 형성되고, 종종 유리한 기계적 성질 및 일반적으로 높은 내열성 및 내화학성을 갖는다. 따라서, 에폭시 수지는 금속 코팅, 전자/전기 부품/LED, 고전압 전기 절연체, 페인트 브러시 제조, 섬유-강화 플라스틱 재료 및 구조용 접착제에서의 사용을 포함하는 넓은 범위의 적용을 갖는다.
에폭시 수지는 코팅에 사용되고, 에폭시 수지를 표면에 적용한 후 에폭시 수지를 경화시키면 고체 코팅이 생성된다. 에폭시 코팅은 전형적으로 최종 제품의 성능 요구사항에 기반하여 제형화된다. 적절하게 촉매화되고 적용되는 경우, 에폭시는 단단하고 화학적이며 내용제성인 마감을 생성한다. 주어진 환경에 대한 에폭시 코팅의 최종 특징 및 적합성을 결정하는 것은 에폭시 및 경화제 성분의 특정 선택 및 조합이다.
에폭시 코팅은 신속한-건조, 강인성 및 보호 코팅을 제공하기 때문에 대중적이다. 기존의 열 경화된 분말 코팅과 달리, 에폭시 코팅은 신속하고 쉽게 적용할 수 있어 많은 적용에 이상적이도록 한다. 예를 들어, 이들은 일반적으로 콘크리트 및 강철에 사용되어 물, 알칼리 및 산에 대한 내성을 제공한다. 금속 캔 및 컨테이너는 종종 녹을 방지하기 위해 에폭시로 코팅된다. 이들은 일반적으로 산업, 자동차 및 해양 적용에 사용된다. 또한, 융합 결합된 에폭시 분말 코팅은 오일 및 가스 산업, 휴대용 송수관로 (강철) 및 철근 (reinforcing bar)에 사용되는 강철 파이프 및 피팅 (fitting)의 부식 방지에 광범위하게 사용된다.
에폭시 코팅은 상당한 내식성을 제공하지만, 투수성은 시간 경과에 따라, 예를 들어, 2년 내지 5년 후에 발생한다. 이것은 재료가 크게 마모되고 파손되어 새로운 코팅 적용이 필요하다. 에폭시 수지 실패의 가장 통상적인 결함은 수지 경화 동안에 생성되는 결정 결함, 미세 균열, 핀홀 및 구조-유발 결함이다. 이들 결함은 바람직하지 않게 물, 산소 및/또는 부식성 이온이, 예를 들어, 에폭시 코팅에서 수지에 침투하는 것을 허용한다. 불행하게도, 이들 결함의 출현은 불가피하다. 일반적으로, 그러한 코팅의 내식성은 흑연 또는 라멜라 구조가 큰 세라믹 입자와 같은 일부 고차단성 충전제를 추가하여 증가시키고 코팅에서 이들 종 확산 경로를 증가시켜 금속 표면에 도달하여 부식을 유발하기 어렵게 만든다.
부식에 대해 어느 정도의 보호를 제공하는 동안, 에폭시 코팅은 상당한 파울링방지/파울링-방출성을 갖지 않는다.
에폭시 코팅은 또한 전형적으로 다소 높은 마찰 계수를 나타내고, 이는 일부 적용, 특히 코팅된 부분의 공기/유체역학적 성능이 중요한 적용에서 해로울 수 있다. 예를 들어, 마찰 저항은 선박이 경험하는 총 저항의 최대 90%를 차지할 수 있다. 따라서, 더 높은 속도를 달성하고, 연료 소비를 감소시키고, 더 높은 효율을 달성하기 위해 더 낮은 마찰 계수가 바람직하다.
본 발명에 따르면, 다음이 제공된다:
1. 다기능성 코팅을 제조하기 위한 코팅 조성물로서, 상기 코팅 조성물은 다음의 혼합물을 포함하는, 코팅 조성물:
ㆍ 열경화성 수지 시스템,
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛 (nanoplatelet), 및
ㆍ 천연 또는 합성 오일,
여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 열경화성 수지 시스템에 분산되어 있다.
2. 열경화성 수지 시스템을 이용한 다기능성 코팅을 제조하기 위한 코팅 조성물 제조용 키트로서, 상기 키트는 다음을 포함하는, 키트:
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
ㆍ 천연 또는 합성 오일.
3. 항목 2에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템을 추가로 포함하는, 키트.
4. 항목 2 또는 3에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템에서 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일을 분산시키기 위한 설명서를 추가로 포함하는, 키트.
5. 기재 (substrate)의 표면 상에 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트를 제조하기 위한, 항목 1 및 4 중 어느 한 항목의 조성물 또는 키트의 용도로서, 상기 다기능성 코팅은 다음을 포함하는, 용도:
ㆍ 열경화성 수지 (thermosetting resin) 시스템을 경화시켜 수득된 열경화 수지 (thermoset resin),
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
ㆍ 천연 또는 합성 오일,
여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 열경화 수지에 분산되어 있다.
6. 기재의 표면을 코팅하기 위한 코팅 시스템으로서, 상기 코팅 시스템은 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트를 포함하며, 여기서, 상기 다기능성 코팅은 다음을 포함하는, 코팅 시스템:
ㆍ 열경화성 수지 시스템을 경화시켜 수득된 열경화 수지,
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
ㆍ 천연 또는 합성 오일,
여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 열경화 수지에 분산되어 있다.
7. 기재를 포함하는 코팅된 기재로서, 여기서, 상기 기재의 표면은 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트로 코팅되고, 상기 다기능성 코팅은 다음을 포함하는, 코팅된 기재:
ㆍ 열경화성 수지 시스템을 경화시켜 수득된 열경화 수지,
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
ㆍ 천연 또는 합성 오일,
여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 열경화 수지에 분산되어 있다.
8. 항목 5 내지 7 중 어느 한 항목에 있어서, 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트는 상기 열경화 수지 상에 그래프팅되는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
9. 항목 5 내지 8 중 어느 한 항목에 있어서, 지방 아미드는 상기 열경화 수지에 분산되어 있는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
10. 항목 5 내지 9 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 기재의 표면과 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 프라이머 코팅이 없는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
11. 항목 5 내지 10 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 기재의 표면과 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 타이 코트가 없는 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
12. 항목 5 내지 7 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 기재의 표면과 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 프라이머 코팅의 적어도 하나의 코트를 추가로 포함하는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
13. 항목 12에 있어서, 프라이머 코팅의 2개의 코트를 포함하는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
14. 항목 12 또는 13에 있어서, 상기 적어도 하나의 프라이머 코트와 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 타이 코트가 없는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
15. 항목 5 내지 14항 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅의 적어도 2개의 코트를 포함하는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
16. 항목 5 내지 15 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트는 함께 약 1 μm 내지 약 400 μm, 바람직하게는 약 100 μm 내지 약 200 μm의 총 두께를 갖는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
17. 항목 5 내지 16 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 기재는 습한 환경에서 사용하기 위한 것인, 방법, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
18. 항목 5 내지 17 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 기재는 해양 장비, 습한 환경에서 사용하기 위한 센서, 자동차 부품, 농업 장비, 수산양식 장비, 수력 발전 장비, 또는 오일-가스 산업 장비, 바람직하게는 해양 장비 또는 습한 환경에서 사용하기 위한 센서인, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
19. 항목 5 내지 18 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 해양 장비는 보트, 선박 (ship) 또는 배 (vessel) (바람직하게는 이의 선체 (hull) 또는 밸러스트), 부표, 피시 트랩 (fish trap), 수중 장비 또는 잠수함; 바람직하게는 선박 선체 (ship hull)인, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
20. 항목 1 내지 19 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템은 경화제 및 열경화성 수지를 포함하는 2 액형 (two-part) 열경화성 수지 시스템이고, 여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 경화제 및 상기 열경화성 수지 중 하나 또는 이 둘 다에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
21. 항목 20에 있어서, 상기 천연 또는 합성 오일의 적어도 일부는 상기 열경화성 수지에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
22. 항목 20에 있어서, 상기 천연 또는 합성 오일의 적어도 일부는 상기 경화제에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
23. 항목 20에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 경화제에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
24. 항목 22 또는 23에 있어서, 지방 아미드는 상기 경화제에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
25. 항목 21 또는 22에 있어서, 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트는 상기 열경화성 수지 상에 그래프팅되는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
26. 항목 1 내지 19 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템은 1 액형 (one-part) 열경화성 수지 시스템인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
27. 항목 26에 있어서, 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트는 1 성분 열경화성 수지 시스템에 함유된 상기 열경화성 수지 상에 그래프팅되는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
28. 항목 26 또는 27에 있어서, 상기 1 액형 열경화성 수지 시스템은 열-경화 가능한 열경화성 수지 시스템인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
29. 항목 1 내지 18 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템은 알릴 수지, 아미노 수지, 폴리에스테르 수지, 비스-말레이미드 수지, 시아네이트 에스테르 수지, 에폭시 수지, 푸란 수지, 페놀 수지, 폴리우레아 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 또는 비닐 에스테르 수지를 포함하고, 바람직하게는 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 또는 에폭시 수지, 보다 바람직하게는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지, 및 가장 바람직하게는 에폭시 수지인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
30. 항목 19에 있어서, 상기 에폭시 수지는 지방족-비스페놀 A 에폭시 수지인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
31. 항목 1 내지 30 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛은 최대 30 nm 두께, 바람직하게는 2 내지 30 nm 두께이고, 약 1 내지 약 100 μm, 바람직하게는 약 1 내지 약 25 μm의 플레이크 크기를 갖는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
32. 항목 1 내지 31 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량을 갖도록 하는 양으로 그래핀 나노플레이트렛을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
33. 항목 32에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
34. 항목 32 또는 33에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
ㆍ 약 0.001, 약 0.01, 약 0.1, 약 0.2, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 약 8, 또는 약 9 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 15, 약 12.5, 약 10, 약 9, 약 8, 약 7, 약 6, 약 5, 약 4, 약 3, 약 2 또는 약 1 중량% 이하.
35. 항목 32 내지 34 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량%와 약 0.5 중량% 사이, 바람직하게는 약 0.3 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
36. 항목 1 내지 35 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 합성 오일은 폴리알파올레핀 오일, 디에스테르 오일, 폴리올에스테르 오일, 포스페이트 에스테르 오일, 폴리 알킬렌 글리콜 오일, 또는 실리콘 오일인. 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
37. 항목 1 내지 36 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 천연 오일은 알비지아 벤쓰 오일 (Albizia benth oil), 멸치 오일, 아르게모네 오일 (argemone oil), 아보카도 오일, 카놀라 오일, 카파리스 제일라니카 오일 (Capparis zeylanica oil), 카르다민 임페이션스 오일 (Cardamine impatiens oil), 피마자 오일, 코코넛 오일, 코리아리아 오일 (Coriaria oil), 옥수수 오일, 면실 오일, 겨자 오일 (crambe oil), 피시 오일, 포도씨 오일, 대마 오일, 월계수 오일, 레스쿠에롤린산, 아마인 오일, 룸방 오일, 메도우폼 씨드 오일, 메수아 페레아 오일 (Mesua ferrea oil), 미네랄 오일, 머스타드 오일, 님 오일, 올리브 오일, 팜 오일, 땅콩 오일, 퐁가미아 오일, 무 오일, 유채씨 오일, 리시누스 콤무니스 오일 (Ricinus communis oil), 고무씨 오일, 홍화 오일, 산탈룸 알붐 오일 (Santalum album oil), 세바스티아나 커머소니아나 오일 (Sebastiana commersoniana oil), 참깨 오일, 스트로판투스 오일 (Strophantus oil), 대두 오일, 슈거 애플 (아노나 스콰모사 (Annona squamosa)) 오일, 해바라기 오일, 타이거넛 오일, 또는 오동 오일, 바람직하게는 카놀라 오일, 해바라기 오일, 또는 대두 오일, 보다 바람직하게는 카놀라 오일인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
38. 항목 1 내지 37 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 천연 오일을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
39. 항목 1 내지 38 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 10 중량%의 오일 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 10 중량%의 오일 함량을 갖도록 하는 양으로 천연 오일 또는 합성 오일을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
40. 항목 39에 있어서, 상기 오일 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
41. 항목 39 또는 40에 있어서, 상기 오일 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
ㆍ 약 0.1, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 또는 약 7 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 10, 약 9, 약 8, 약 7, 약 5, 약 4, 약 3 중량% 이하.
42. 항목 39 내지 41 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 오일 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 3 중량%와 약 7 중량% 사이, 바람직하게는 약 4 중량%와 약 6 중량% 사이, 보다 바람직하게는 약 5 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
43. 항목 1 내지 42 중 어느 한 항목에 있어서, 은 나노입자를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
44. 항목 43에 있어서, 상기 은 나노입자는 원소 은 또는 은 염, 바람직하게는 원소 은의 나노입자인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
45. 항목 44에 있어서, 상기 은 염은 트리플루오로메탄설포네이트, 은 메탄설포네이트, 은 락트산 염, 은(I) 2-벤조티아졸티올 염, 은 사카린 염, 은 2-시아노-2-하이드록시이미노-아세트아미드 염, 은 4-하이드록시-1 (2H)-프탈라지논 염, 은 2-(4-사이클로헥실부틸)-3-하이드록시-1,4-나프토퀴논, 질산은, 은 바륨 염, 염화은, 탄산은, 사불화붕산은, 황산은, 과염소산은, 요오드화은, 아질산은, 시안화은, 브롬화은, 은 헥사플루오로포스페이트, 불화은(I), 과염소산은 수화물, 크롬산은, 시안산은, 인산은, 티오시안산은, 불화은(II), 은 사이클로헥산부티레이트, 은 헥사플루오로안티모네이트(V), 시트르산은 수화물, 염소산은, 은 헥사플루오로아르세네이트(V), 은(I) 설파디아진, 과염소산은 일수화물, 메타바나딘산은, 또는 과레늄산은(I)인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
46. 항목 43 내지 45 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 은 나노입자는 직경이 약 1 내지 약 200 nm, 바람직하게는 약 5 내지 약 200 nm인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
47. 항목 43 내지 46 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 1000 ppm의 은 나노입자 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 1000 ppm의 은 나노입자 함량을 갖도록 하는 양으로 은 나노입자를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
48. 항목 47에 있어서, 상기 은 나노입자 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 10 내지 약 1000 ppm인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
49. 항목 47 또는 48에 있어서, 상기 은 나노입자 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
ㆍ 약 10, 약 25, 약 50, 약 75, 약 100, 약 150, 약 200, 약 250, 약 250, 또는 약 300 ppm 이상 및/또는
ㆍ 약 1000, 약 750, 약 500, 약 250, 약 100, 약 50 ppm 이하.
50. 항목 1 내지 42 중 어느 한 항목에 있어서, 은 나노입자가 없는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
51. 항목 1 내지 50 중 어느 한 항목에 있어서, 구리 분말을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
52. 항목 51에 있어서, 상기 구리 분말은 원소 구리의 분말, 구리 산화물, 또는 구리 염, 바람직하게는 원소 구리의 분말인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
53. 항목 52에 있어서, 상기 구리 산화물은 산화제일구리인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
54. 항목 52 또는 53에 있어서, 상기 구리 염은 브롬화구리(I), 브롬화구리(II), 구리(I) 브로마이드 디메틸 설파이드, 염화구리(I), 염화구리(II), 염화구리(II) 이수화물, 구리(II) 사이클로헥산부티레이트, 불화구리(II), 불화구리(II) 이수화물, 구리(II) D-글루코네이트, 수산화 구리(II), 요오드화 구리(I), 질산구리(II), 질산구리(II) 헤미(5수화물), 질산구리(II) 수화물, 과염소산구리(II) 6수화물, 피로인산구리(II), 피로인산구리(II) 수화물, 셀렌산구리(II), 셀렌산구리(II) 이수화물, 황산구리(II), 황산구리(II) 5수화물, 타르타르산구리(II), 타르타르산구리(II) 수화물, 사불화붕산구리(II), 사불화붕산구리(II) 수화물, 티오시안산구리(I), 또는 황산 테트라아민구리(II) 일수화물인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
55. 항목 51 내지 54항 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 20 중량%의 구리 분말 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 20 중량%의 구리 분말 함량을 갖도록 하는 양으로 구리 분말을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
56. 항목 55에 있어서, 상기 구리 분말 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 2 내지 약 20 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
57. 항목 55 또는 56에 있어서, 상기 구리 분말 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
ㆍ 약 2, 약 5, 약 8, 약 10, 약 12.5, 약 15 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 20, 약 18, 약 16, 약 14, 약 12, 또는 약 10 중량% 이하.
58. 항목 1 내지 50 중 어느 한 항목에 있어서, 구리 분말이 없는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
59. 항목 1 내지 58 중 어느 한 항목에 있어서, 티타늄 나노입자를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
60. 항목 59에 있어서, 상기 티타늄 나노입자는 원소 티타늄, 이산화티타늄, 또는 티타늄 염의 나노입자, 바람직하게는 이산화티타늄의 나노입자인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
61. 항목 60에 있어서, 상기 티타늄 염은 브롬화티타늄(IV), 티타늄 카보니트라이드, 염화티타늄(II), 염화티타늄(IV), 불화티타늄(III), 불화티타늄(IV), 요오드화티타늄(IV), 또는 옥시황산티타늄(IV)인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
62. 항목 59 내지 61 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 티타늄 나노입자는 크기가 약 5 내지 약 500 nm인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
63. 항목 59 내지 62 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 8 중량%의 티타늄 나노입자 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 8 중량%의 티타늄 나노입자 함량을 갖도록 하는 양으로 티타늄 나노입자를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
64. 항목 63에 있어서, 상기 티타늄 나노입자 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.05 내지 약 8 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
65. 항목 63 또는 64항에 있어서, 상기 티타늄 나노입자 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
ㆍ 약 0.05, 약 0.1, 약 0.5, 약 0.75, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 8, 약 7, 약 6, 약 5, 약 4 중량% 이하.
66. 항목 1 내지 58 중 어느 한 항목에 있어서, 티타늄 나노입자가 없는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
67. 항목 1 내지 66 중 어느 한 항목에 있어서, 세피올라이트를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
68. 항목 67에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 세피올라이트 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 세피올라이트 함량을 갖도록 하는 양으로 세피올라이트를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
69. 항목 68에 있어서, 상기 세피올라이트 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 15 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
70, 항목 68 또는 69에 있어서, 상기 세피올라이트 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
ㆍ 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 또는 약 8 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 15, 약 12, 약 10, 약 9, 약 8, 약 7, 또는 약 6 중량% 이하.
71, 항목 1 내지 66 중 어느 한 항목에 있어서, 세피올라이트가 없는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
72. 항목 1 내지 64 중 어느 한 항목에 있어서, 인, 황화아연, 알루민산스트론튬, 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 인, 황화아연 및 알루민산스트론튬의 혼합물을 추가로 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
73. 항목 72에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 5 중량%의 인 함량, 최대 5 중량%의 황화아연 함량, 및 최대 5 중량%의 알루민산스트론튬 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 5 중량%의 인 함량, 최대 5 중량%의 황화아연 함량, 및 최대 5 중량%의 알루민산스트론튬 함량을 갖도록 하는 양으로 인, 황화아연 및 알루민산스트론튬을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
74. 항목 73에 있어서, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 인 함량은 약 1 중량%이고, 상기 황화아연 함량은 약 1 중량%이고, 상기 알루민산스트론튬 함량은 약 1 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
75, 항목 1 내지 71 중 어느 한 항목에 있어서, 인, 황화아연 및 알루민산스트론튬이 없는 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
76. 항목 1 내지 75항 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅은 다음을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
ㆍ 카놀라 오일,
여기서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량 및 약 5 중량%의 카놀라 오일 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량 및 약 5 중량%의 오일 함량을 갖도록 하는 양으로 그래핀 나노플레이트렛 및 카놀라 오일을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
77. 항목 1 내지 76 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 저-마찰, 파울링-방출, 부식방지, 및/또는 기계적으로-강화된 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
78. 항목 1 내지 77 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 저-마찰, 파울링-방출, 부식방지, 및 기계적으로-강화된 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
79. 항목 1 내지 78 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 ASTM D7027-13에 따라 측정될 때 약 0.08 이하, 바람직하게는 약 0.05 이하, 보다 바람직하게는 약 0.03 이하, 가장 바람직하게는 약 0.01 이하의 마찰 계수를 갖는 저-마찰 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
80. 항목 1 내지 79 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 약 125° 이상, 바람직하게는 약 130° 이상, 보다 바람직하게는 135° 이상, 가장 바람직하게는 약 140° 이상의 탈이온수와의 접촉각을 갖는 소수성 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
81. 항목 1 내지 80 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 약 115° 이상, 바람직하게는 약 120° 이상, 보다 바람직하게는 125° 이상, 가장 바람직하게는 약 135° 이상의 해양수와의 접촉각을 갖는 소수성 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
82. 항목 1 내지 81 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 ASTM E2562-17에 따라 측정될 때 3개월의 성장 후 생물막에서 ATP 농도가 50 ng/m2　이하, 바람직하게는 25 ng/m2를 나타내는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
83. 항목 1 내지 82 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 ASTM G50 - 10(2015)에 따라 측정될 때 약 1 mm/년 이하, 바람직하게는 약 0.8 mm/년 이하, 보다 작동적으로 약 0.5 mm/년 이하, 보다 더 바람직하게는 약 0.25 mm/년 이하, 가장 바람직하게는 약 0.15 mm/년 이하의 부식률를 갖는 부식방지 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
84. 항목 1 내지 83 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 다음을 갖는 기계적으로-강화된 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
ㆍ ASTM D 638-08에 따라 측정될 때 약 70 MPa 이상, 바람직하게는 약 75 MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 75 MPa 이상, 가장 바람직하게는 약 75 MPa 이상의 인장 강도;
ㆍ ASTM D 5045-99에 따라 측정될 때 약 4 MPa m1/2　이상, 바람직하게는 약 5 MPa m1/2　이상, 보다 바람직하게는 약 6 MPa m1/2　이상, 가장 바람직하게는 약 7 MPa m1/2　이상의 파괴 인성; 및/또는
ㆍ ISO 178: 1993(E) 표준에 따라 측정될 때 약 45 MPa 이상, 바람직하게는 약 50 MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 55 MPa 이상, 가장 바람직하게는 약 55 MPa 이상의 굽힘 강도.
85. 기재의 표면을 코팅하는 방법으로, 상기 방법은 다음 단계를 포함하는, 방법:
d) 표면을 부착물 제거하고 (cleaning) 건조시키는 단계,
e) 임의로 프라이머 코팅의 적어도 하나의 코트를 상기 표면에 적용하는 단계,
f) 상기 프라이머 코트(들) 위에 항목 1 및 20 내지 77 중 어느 한 항목의 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트를 적용하여 다기능성 코팅을 제조하는 단계.
86. 항목 85에 있어서, 단계 a)와 단계 b) 사이에 표면을 연마하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
87. 항목 85 또는 86에 있어서, 상기 코팅 조성물은 상기 열경화성 수지 시스템에서 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 a) 내지 e) 중 하나 이상을 분산시킴으로써 항목 2 내지 4 및 20 내지 77 중 어느 한 항목에 따른 키트로부터 제조 된 것인, 방법.
88. 항목 85 내지 87 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 b)는 생략되고 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 상기 표면과 상기 다기능성 코팅 사이에 프라이머 코팅의 부재하에 적용되는, 방법.
89. 항목 85 내지 88 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 상기 기재의 표면과 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 타이 코트의 부재 하에 적용되는, 방법.
90. 항목 85 내지 87 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 b)는 존재하고, 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 프라이머 코팅의 적어도 하나의 코트 상에 적용되는, 방법.
91. 항목 90에 있어서, 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 프라이머 코팅의 2개의 코트 상에 적용되는, 방법.
92. 항목 90 또는 91에 있어서, 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 상기 프라이머 코팅의 적어도 하나의 코트와 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 타이 코트의 부재 하에 적용되는, 방법.
93. 항목 85 내지 92 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 코팅 조성물의 적어도 2개의 코트를 포함하는, 방법.
94. 항목 85 내지 93 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 약 1 μm 내지 약 400 μm, 바람직하게는 약 100 μm 내지 약 200 μm의 총 두께를 갖는, 방법.
95. 항목 85 내지 94 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 기재는 습한 환경에서 사용하기 위한 것인, 방법.
96. 항목 95에 있어서, 상기 기재는 해양 장비, 습한 환경에서 사용하기 위한 센서, 자동차 부품, 농업 장비, 수산양식 장비, 수력 발전 장비, 또는 오일-가스 산업 장비, 바람직하게는 해양 장비 또는 습한 환경에서 사용하기 위한 센서인, 방법.
97. 항목 95에 있어서, 상기 해양 장비는 보트, 선박 또는 배 (바람직하게는 이의 선체 및 밸러스트), 부표, 피시 트랩, 수중 장비, 또는 잠수함; 바람직하게는 선박 선체인, 방법.
98. 항목 85 내지 97 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 항목 5 내지 84 중 어느 한 항목에 정의된 바와 같은, 방법.
첨부된 도면에서:
도 1은 습한 환경에서 사용하기 위한 전형적으로 선행 기술 코팅의 다양한 층을 나타내고,
도 2는 a) 프라이머 코팅 (14) 이 있고 b) 프라이머 코팅 (14)이 없이 본 발명의 구현예에 따른 습한 환경에서 사용하기 위한 코팅의 다양한 층을 나타내고,
도 3은 a) 우수, b) 평균 및 c) 불량한 파울링방지 효능으로 실시예 2에서 시험된 바와 같은 코팅을 나타내고,
도 4는 5개월 동안 담염수 (fresh salt water)에 노출시킨 후 실시예 2에서 시험된 바와 같은 여러 샘플의 파울링 정도를 나타내고,
도 5는 a) GNP가 잘 분산된 코팅과 GNP가 잘 분산되지 않은 코팅을 나타내고,
도 6은 에폭시 수지 단독 (코팅 번호 12)의 마찰 계수 (μ)를 나타내고,
도 7은 코팅 번호 14의 마찰 계수 (μa)를 나타낸다.
도 8은 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 3시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다.
도 9는 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 5시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다.
도 10은 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 7시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다.
도 11은 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 9시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다.
도 12는 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 24시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다.
도 13은 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 기본 (underlying) 프라이머가 없는 본 발명의 코팅을 나타낸다.
도 14는 테이프 시험-방법 B 이후의 본 발명의 코팅을 나타낸다.
도 15는 실시예 12에서 보고된 용수로 탱크 (flume tank) 평가를 위한 설정을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 3개의 코팅 및 비교용 비코팅된 플레이트에 대한 속도의 함수로서 측정된 속도-유발 항력 (drag)을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 3개의 코팅, 비교용 비코팅된 플레이트 및 비교용 ITTC-57 표준에 대한 마찰 계수를 나타낸다.
도 18은 코팅 번호 14에서 그래핀 나노플레이트렛의 분산 정도를 나타내는 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.
도 19는 산업 장비를 사용하여 적용하는 경우 코팅 번호 14의 표면 품질을 나타낸다.
도 20은 코팅 번호 14 및 Insterleek® 1100SR 코팅에 대한 탈이온 (DL) 수및 해양수 접촉각을 나타낸다.
도 21은 코팅 번호 1 내지 16에 대해 측정된 탈이온수 접촉각을 나타낸다.
도 22는 A) 쿠폰 및 B) 생물막 성장에 사용된 반응기를 나타낸다.
도 23은 Intersleek 1100SR 및 코팅 번호 1 내지 14 및 39 내지 45로 코팅된 생물막의 ATP 농도를 나타낸다.
도 24는 (A) 코팅 번호 14로 코팅된 42 피트 요트의 선체 및 B) 코팅된 선체를 나타낸다.
이제 본 발명을 더 자세히 살펴보면, 다기능성 코팅을 제조하기 위한 코팅 조성물이 제공되며, 코팅 조성물은 다음의 혼합물을 포함한다:
ㆍ 열경화성 수지 시스템,
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
ㆍ 천연 오일 또는 합성 오일,
여기서, 그래핀 나노플레이트렛 및 천연 또는 합성 오일은 열경화성 수지 시스템에 분산되어 있다.
본 발명은 또한 열경화성 수지 시스템을 이용한 다기능성 코팅을 제조하기 위한 코팅 조성물 제조용 키트를 제공하며, 상기 키트는 다음을 포함한다:
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
ㆍ 천연 오일 또는 합성 오일.
구현예에서, 키트는 열경화성 수지 시스템을 추가로 포함한다.
구현예에서, 키트는 상기 정의된 바와 같은 코팅 조성물을 제조하기 위해 열경화성 수지 시스템에서 나노플레이트렛 및 천연 오일 또는 합성 오일을 분산시키기 위한 설명서를 추가로 포함한다.
기재의 표면 상에 다기능성 코팅을 제조하기 위한 상기 조성물 및 키트의 용도가 추가로 제공된다.
또한, 프라이머 코팅의 적어도 하나의 코트 및 상기 프라이머 코팅의 상부에 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트를 포함하는 코팅 시스템이 제공되고, 여기서 다기능성 코팅은 다음을 포함한다:
ㆍ 열경화성 수지 (thermosetting resin) 시스템을 경화시켜 수득된 열경화 수지 (thermoset resin),
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
ㆍ 천연 오일 또는 합성 오일,
여기서, 그래핀 나노플레이트렛 및 천연 오일 또는 합성 오일은 열경화 수지에 분산되어 있다.
또한, 기재의 표면이 적어도 하나의 프라이머 코트 및 상기 프라이머 코트(들)의 상부에 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트로 코팅되는, 코팅된 기재가 제공되며, 여기서, 다기능성 코팅은 다음을 포함한다:
ㆍ 열경화성 수지 시스템을 경화시켜 수득된 열경화 수지,
ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
ㆍ 천연 오일 또는 합성 오일,
여기서, 그래핀 나노플레이트렛 및 천연 오일 또는 합성 오일은 열경화 수지에 분산되어 있다.
구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅은 성분 a) 내지 d) 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다:
a) 은 나노입자,
b) 구리 분말,
c) 티타늄 나노입자, 및
d) 세피올라이트,
여기서, 성분 a) 내지 d) 중 하나 이상은 열경화 수지에 분산된다 (또는 키트의 경우에는 분산용이다).
본원에서, "다기능성 코팅을 제조하기 위한 코팅 조성물"은 그 위에 다기능성 코팅을 형성하기 위해 기재에 적용될 수 있는 조성물이다. 본원에서, "열경화성 수지 시스템을 이용한 다기능성 코팅을 제조하기 위한 코팅 조성물 제조용 키트"는 일단 열경화성 수지 시스템에 분산되면 상기 정의된 바와 같은 다기능성 코팅을 제조하기 위한 코팅 조성물을 생성할 성분의 앙상블이다. 본원에서, "코팅 시스템"은 적어도 2개의 상이한 코팅, 보다 구체적으로 프라이머 코팅 및 다기능성 코팅의 어셈블리이다. 또한, 본원에서, 코팅된 기재는 프라이머 코팅 및 다기능성 코팅으로 코팅된 이의 표면 중 적어도 하나를 갖는 기재이다.
코팅 조성물 (본 발명의 조성물 및 본 발명의 키트를 사용하여 제조된 조성물 둘 다) 및 다기능성 코팅은, 조성물의 다양한 다른 성분 (즉, 그래핀 나노플레이트렛, 천연 또는 합성 오일, 하나 이상의 성분 a) 내지 d)뿐만 아니라 아래에 논의되는 추가 성분)이 분산되고, 바람직하게는 실질적으로 균일하게 분산된 열경화성 수지 시스템으로 구성된다.
본 발명의 키트에서, 그래핀 나노플레이트렛, 천연 또는 합성 오일, 상기 성분 a) 내지 d), 및 임의의 추가 성분 (아래에 논의됨)은 서로 개별적으로 제공되고/되거나 함께 혼합될 수 있다. 구현예에서, 예를 들어, 천연 또는 합성 오일은 별도로 제공되는 반면, 다른 성분 (고체)은 혼합물로서 제공된다. 대안적인 구현예에서, 키트의 모든 성분은 단일 혼합물로서 제공된다. 상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 코팅 조성물 및 본 발명의 키트를 사용하여 제조되고 본 발명의 코팅 시스템 및 코팅된 기재에 포함된 다기능성 코팅은 유리하게는, 저-마찰, 파울링-방출, 부식방지 및/또는 기계적으로-강화된 것이므로, 습한 환경에서 사용하기에 특히 적합하다. 바람직한 구현예에서, 다기능성 코팅은 저-마찰, 파울링-방출, 부식방지, 및 기계적으로-강화된 코팅이다.
바람직한 구현예에서, 다기능성 코팅은 바람직하게는 ASTM D7027-13에 따라 측정될 때 약 0.08 이하, 바람직하게는 약 0.05 이하, 보다 바람직하게는 약 0.03 이하, 가장 바람직하게는 약 0.01 이하의 마찰 계수를 갖는 저-마찰 코팅이다.
바람직한 구현예에서, 다기능성 코팅은 바람직하게는 약 125° 이상, 바람직하게는 약 130° 이상, 보다 바람직하게는 135° 이상, 가장 바람직하게는 약 140° 이상의 탈이온수와의 접촉각 및/또는 바람직하게는 약 115° 이상, 바람직하게는 약 120° 이상, 보다 바람직하게는 125° 이상, 가장 바람직하게는 약 135° 이상의 해양수와의 접촉각을 갖는 소수성 코팅이다.
바람직한 구현예에서, 다기능성 코팅은 바람직하게는 ASTM E2562-17에 따라 측정될 때 3개월의 성장 후 생물막에서 ATP 농도가 50 ng/m2　이하, 바람직하게는 25 ng/m2를 나타내는, 파울링-방출 코팅이다.
바람직한 구현예에서, 다기능성 코팅은 바람직하게는 ASTM G50 - 10(2015)에 따라 측정될 때 약 1 mm/년 이하, 바람직하게는 약 0.8 mm/년 이하, 보다 작동적으로 약 0.5 mm/년 이하, 보다 더 바람직하게는 약 0.25 mm/년 이하, 가장 바람직하게는 약 0.15 mm/년 이하의 부식률를 갖는 부식방지 코팅이다.
바람직한 구현예에서, 다기능성 코팅은 바람직하게는 다음 중 임의의 하나 이상 (바람직하게는 모두)을 갖는, 기계적으로-강화된 코팅이다:
ASTM D 638-08에 따라 측정될 때 약 70 MPa 이상, 바람직하게는 약 75 MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 75 MPa 이상, 가장 바람직하게는 약 75 MPa 이상의 인장 강도;
ASTM D 5045-99에 따라 측정될 때 약 4 MPa m1/2　이상, 바람직하게는 약 5 MPa m1/2　이상, 보다 바람직하게는 약 6 MPa m1/2　이상, 가장 바람직하게는 약 7 MPa m1/2　이상의 파괴 인성; 및/또는
ISO 178: 1993(E) 표준에 따라 측정될 때 약 45 MPa 이상, 바람직하게는 약 50 MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 55 MPa 이상, 가장 바람직하게는 약 55 MPa 이상의 굽힘 강도.
열경화성 수지 시스템
본원에서, "열경화성 수지"는 경화에 의해 불용해성 (infusible), 불용성 (insoluble) 중합체 망상구조로 비가역적으로 변화하는 점성 액체 단량체, 예비중합체, 또는 중합체이다. 열경화성 수지의 경화는 본원에서 "열경화성"으로 불리는 경화된 중합체 물질을 생성한다. 열경화성 수지의 경화는 전형적으로 중합체의 개별 쇄 사이의 공유 결합의 형성을 통한 가교 또는 쇄 연장을 포함한다. 열경화성 수지 (thermosets)는 일반적으로 경질 3차원 구조 및 고분자량을 특징으로 하고; 이들은 변형될 때 형상을 유지하고 하중 하에 영구적 또는 소성 변형을 겪으며 일반적으로 용해되는 대신 가열될 때 분해된다. 실제로, 열경화성 수지는 경화된 후에는 용해되고 재형상화될 수 없다. 이것은 통상적으로 펠릿으로 생산되고 성형되는 열가소성 수지와 대조적이다.
열경화성 수지는 두 가지 방식으로 경화될 수 있다:
ㆍ 수지는 촉매적 단독중합, 즉 촉매의 존재 하에 중합을 통해 자체적으로 반응하거나,
ㆍ 수지는 경화제로 불리는 공-반응물과 반응한다.
촉매 반응을 통해 자체적으로 반응하는 열경화성 수지는 전형적으로 열경화성 수지와 촉매를 둘 다 포함하는 단일 컨테이너에 제공된다. 이들은 "단일 성분" (또는 "1 성분" 또는 "1 액형") 수지 시스템으로 불린다. 이들 시스템에서 수지는 시스템이 공기 중 하나의 구성요소 (전형적으로 H2O 또는 O2)와 반응하기 때문에 또는 시스템이 열 (열-경화 가능한 열경화성 수지 시스템) 또는 방사선 (전형적으로 UV, 방사선-경화성의 열경화성 수지 시스템)에 민감하고 이에 노출되기 때문에 시스템이 기재에 적용될 때 경화할 것이다.
경화제와 반응하는 열경화성 수지는 전형적으로 2개의 개별 컨테이너: 열경화성 수지를 포함하는 하나의 컨테이너와 경화제를 포함하는 또 다른 컨테이너에 제공된다. 이들은 2 성분 (bi component) (또는 "2 성분 (two-component)" 또는 "2 액형 (two-part)") 수지 시스템으로 불린다. 그러한 시스템을 사용하기 위해, 수지를 먼저 경화제와 혼합하여 수지의 경화를 촉발할 것이다. 이어서, 생성된 혼합물을 기재에 적용한다. 열 또는 방사선의 적용은 전형적으로 2-성분 수지 시스템의 경화에 필요하지 않다.
따라서, 본원에서, "열경화성 수지 시스템"은 적절한 촉매 또는 경화제와 함께 열경화성 수지 또는 이들의 혼합물을 포함하는 수지 시스템이다.
본 발명의 코팅 조성물 및 키트에서 열경화성 수지 시스템은 단일 성분 수지 시스템 또는 2-성분 수지 시스템일 수 있다.
바람직한 구현예에서, 열경화성 수지 시스템은 2-성분 열경화성 수지 시스템이다. 그러한 2-성분 열경화성 수지 시스템은 전형적으로 경화제와 열경화성 수지를 약 1:1/2 내지 약 1:5의 경화제: 수지 비율로 포함한다. 상기 언급된 바와 같이, (본 발명의 또는 본 발명의 키트로 제조된) 코팅 조성물에서, 그래핀 나노플레이트렛, 성분 a) 내지 e)뿐만 아니라 아래에 논의된 추가의 임의 성분은 열경화성 수지 시스템에 분산되고, 바람직하게는 실질적으로 균일하게 분산된다. 열경화성 수지 시스템이 2-성분 열경화성 수지 시스템인 경우, 이는 이들 다양한 성분이 경화제와 열경화성 수지 중 하나 또는 둘 다에 분산되어 있다는 것을 의미한다. 바람직한 구현예에서, 그래핀 나노플레이트렛, 성분 a) 내지 e)뿐만 아니라 아래에 논의된 추가의 임의 성분은 열경화성 수지 시스템의 경화제 부분에 분산되어 있다.
대안적인 구현예에서, 열경화성 수지 시스템은 단일 성분 수지 시스템, 바람직하게는 열-경화 가능한 열경화성 수지 시스템이다.
본 발명의 코팅 조성물 및 키트에서 수지 시스템은 구현예에서 단지 하나의 열경화성 수지 또는 다른 구현예에서 열경화성 수지의 혼합물을 포함할 수 있다.
열경화성 수지 시스템은 당업자에게 잘 알려져 있으며 상업적으로 널리 입수 가능하다. 그러한 수지 시스템은 전형적으로 이의 사용 설명서와 함께 판매되거나, 그러한 설명서는 숙련가가 다른 방식으로 이용 가능하다. 예를 들어, 경화 조건은 전형적으로 널리 이용 가능하다. 또한, 주어진 열경화성 수지의 사용에 적합한 촉매 및/또는 경화제는 또한 알려져 있거나, 대부분은 수지 자체와 함께 제공된다 (즉, 즉시 사용 가능한 수지 시스템). 실제로, 수지 시스템은 하나 이상의 열경화성 수지, 하나 이상의 경화제 및/또는 촉매, 촉진제, 첨가제 등을 함유하는 혼합물로서 미리 제형화되어 판매되는 상거래에서 쉽게 입수 가능하다.
열경화성 수지 시스템은 경화 조건뿐만 아니라 수지/촉매/경화제의 특성 및 농도에 따라 최소 2분 내에 경화되거나 더 오래 걸릴 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물 및 키트는 다양한 열경화성 수지를 포함하는 매우 다양한 열경화성 수지 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명의 코팅 조성물 및 키트에 사용될 수 있는, 포함된 열경화 수지는 다음을 포함한다:
알릴 수지
일반적으로 알릴 알코올 또는 염화알릴로부터 유래된 에스테르로 만들어진 열경화성 투명한
내마모성 합성 수지 또는 플라스틱
아미노 수지 (아미노플라스트로도 불림)
아민 또는 아미드와 알데하이드의 공중합에 의해 형성된 열경화성 예비중합체. 여기에는
우레아-포름알데하이드 및 멜라민-포름알데하이드 수지가 포함된다.
폴리에스테르 수지
폴리에스테르 수지는 이염기성 유기산과 다가 알코올의 반응에 의해 형성된 불포화 합성
수지이다. 말레산 무수물은 이산 작용기를 가진 통상적으로 사용되는 원료이다.
비스-말레이미드 (BMI) 수지
디아민과 말레산 무수물의 축합 반응에 의해 형성되며 기본적으로 에폭시 수지와 같이
처리된다 (350℉ (177℃) 경화).
시아네이트 에스테르 수지
비스페놀 또는 다작용성 페놀 노볼락 수지와 시아노젠 브로마이드 또는 클로라이드의 반응은
쇄 연장 또는 공중합에 의해 제어된 방식으로 시아네이트 에스테르 작용성 예비 중합체 수지로 전환될 수 있는 시아네이트 작용성 단량체를 유도한다.
에폭시 수지 (에폭시드로도 불림)
에폭시 수지는 에피클로로하이드린과 하이드록실 작용성 방향족, 알코올, 티올, 산
(및 산 무수물), 고리지방족 및 지방족, 다작용성 아민, 또는 아민 작용성 방향족의 반응에
의해 또는 불포화 고리지방족의 산화에 의해 만들어진 열경화성 예비중합체이다.
에폭시드 작용성 수지 및 예비중합체는 가교결합제, 경화제 (hardener), 경화제
(curing agent) 또는 촉매의 선택뿐만 아니라 온도에 따라 중첨가/공중합 또는 단독중합에 의해 경화된다.
푸란 수지
푸르푸릴 알코올로 만들어지거나, 푸르푸랄을 페놀, 포름알데하이드, 우레아 또는 기타 증량제로 변형하여 만들어진 푸란 수지 예비중합체는 경화가 열뿐만 아니라 중축합 및 물 방출을 포함한다는 점에서 아미노 및 페놀 열경화성 수지와 유사하다. 일반적으로 이들은 열, 촉매 및 압력의 영향하에 경화되지만, 푸란 수지는 열, 산 및 알칼리에 대한 높은 내성을 특징으로 하는 이중-성분
무 베이킹 산-경화 시스템으로서 제형화될 수도 있다.
페놀 수지
페놀 수지는 페놀 유도체, 예컨대 페놀 레조르시놀과 알데하이드, 예컨대 포름알데하이드 푸르푸랄의 생성물이다.
페놀 수지는 노볼락 및 레솔을 포함한다. 노볼락은 산 촉매와 함께 1 미만의 페놀에 대한
포름알데하이드의 몰비로 만들어져 메틸렌 연결된 페놀 올리고머를 제공하고; 레졸은 알칼리
축매와 함께 1 이상의 페놀에 대한 포름알데하이드의 몰비로 만들어져 메틸렌 및 벤질 에테르-연결된 페놀 단위를 갖는 페놀 올리고머를 제공한다.
폴리우레아 수지
디이소시아네이트 단량체 또는 예비중합체를 장쇄 아민-말단 폴리에테르 또는
폴리에스테르 수지 및 단쇄 디아민 증량제의 블렌드와 결합함으로써 만들어진 카바마이드
(-NH-CO-NH-) 연결을 가진 열경화성 탄성 중합체
폴리우레탄 수지
카바메이트 연결을 가진 열경화성 폴리우레탄 예비중합체는 선형이고, 탄성중합체는
디이소시아네이트와 장쇄 디올을 결합하여 형성되거나, 폴리이소시아네이트와 폴리올의
조합으로부터 형성되는 경우 가교결합되고 강성이다.
실리콘 수지
실리콘 수지는 유기 중합체의 친숙한 탄소-대-탄소 골격 특징보다는 교대로 규소와 산소
원자로 만들어진 골격 중합체 구조를 가진 본질적으로 부분적으로 유기 성분이다. 각 실리콘
원자에 결합된 적어도 하나의 산소 원자를 갖는 것 이외에도, 실리콘 수지는 탄소에 대한
직접 결합을 가지므로, 폴리오가노실록산으로도 알려져 있다. 이들은 일반식 (R2SiO)과 물리적
형태 (액체, 겔, 탄성중합체 또는 고체)를 가지며 분자량, 구조 (선형, 분지형, 케이지) 및
치환기 그룹 (R = 알킬, 아릴, H, OH, 알콕시)의 성질에 따라 용도가 다르다. 아릴 치환된
실리콘 수지는 ~ 300 ℉ (~150℃)와 ~ 400 ℉ (~200℃) 사이의 온도에서 중합 (축합 경화
메커니즘)되는 경우 알킬 치환된 실리콘 수지보다 열 안정성이 더 크다. ~ 600 ℉ (~300℃)
초과로 가열하면 모든 실리콘 중합체가 세라믹으로 변환되는데, 이는 모든 유기 성분이 열분해로 분해되어 일반식 (-SiO2-)n의 결정질 실리케이트 중합체를 남기기 때문이다. 세라믹 매트릭스
복합 전구체로서의 적용 이외에도, 펜던트 아크릴레이트, 비닐 에테르 또는 에폭시 작용기를
가진 실리콘 수지로부터 만든 폴리실록산 중합체 형태의 실리콘 수지는 산화, 열 및 자외선
분해에 대한 이들의 내성이 특징인 UV, 전자 빔 및 열경화성 중합체 매트릭스 복합재로서 적용을
발견한다.
비닐 에스테르 수지
에폭시 수지와 아크릴산 유도체, 예컨대 메타크릴산 사이의 부가 반응에 의해 만들어진 비닐
에스테르 수지는 비닐 작용성 단량체, 예컨대 스티렌에 희석/용해될 때 불포화 폴리에스테르
수지와 같이 중합된다. 생성된 열경화성 수지는 이들의 높은 접착력, 내열성 및 내식성에 주목할 만하며, 폴리에스테르보다 강하고 에폭시보다 충격에 더 강하다.
구현예에서, 열경화성 수지 시스템은 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 또는 에폭시 수지, 바람직하게는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지, 보다 바람직하게는 에폭시 수지를 포함한다. 바람직한 수지는 에폭시 수지, 바람직하게는 지방족-비스페놀 A 에폭시 수지를 포함한다.
그래핀 나노플레이트렛
이론적 정의는 그래핀이며, 이는 "시트 형태의 단일 원자 두께의 결합된 탄소 원자로 이루어진 풀러렌" 또는 "육각형 격자로 배열된 탄소 원자의 단일 층으로 이루어진 탄소의 동소체 (형태)"이다. 이 재료는 강철보다 약 300배 강하고, 열과 전기의 환상적인 전도체인 다이아몬드보다 단단하면서도 매우 유연한 것으로 알려져 있다.
그래핀 나노플레이트렛 (GNP)은 그래핀의 하위 형태이다. 단일 원자 두께 대신 GNP는 더 두껍고 최대 60개의 그래핀 층을 포함할 수 있다 (따라서 최대 약 30 nm 두께가 됨). 이 재료는 다양한 플레이크 크기 (1 내지 100 μm)로 제조될 수 있다. 그래핀 나노플레이트렛의 제조는 알려져 있고, 예를 들어, 문헌 (La et al. in ChemistrySelect 2016, 5, 949-952)의 교시에 따라 수행될 수 있다. 내식성을 최대화하기 위해, 구현예에서, 더 작은 두께 대 플레이크 크기 비율, 즉 얇은 큰 플레이크를 갖는 그래핀 나노플레이트렛이 바람직하다. 바람직한 구현예에서, 그래핀 나노플레이트렛은 약 2 내지 약 30 나노미터 두께 (이는 약 4 내지 약 60개의 그래핀 층을 의미함)이고 플레이크 크기는 약 1 내지 약 25 μm 크기이다.
그래핀 나노플레이트렛은 본 발명의 코팅 조성물 (또는 본 발명의 키트를 사용하여 제조된 코팅 조성물)을 사용하여 수득된 코팅의 성질에 대해 몇 가지 유익한 효과를 갖는다. 첫째, 그래핀 나노플레이트렛은 부식에 대한 화학적 장벽으로 기능하다. 실제로, 몇 중량%의 그래핀 나노플레이트렛의 사용은 (열경화성 수지만을 포함하는 코팅에 비해) 내식성을 최대 약 20배까지 증가시킬 수 있다. 둘째, 그래핀 나노플레이트렛은 고체 윤활을 제공하여 코팅의 마찰 계수를 감소시킨다. 또한, 그래핀 나노플레이트렛은 코팅의 기계적 강도와 접착력 둘 다를 증가시킨다. 마지막으로, 그래핀 나노플레이트렛은 코팅의 파울링-방출 효능을 증가시킨다.
구현예에서, 그래핀 나노플레이트렛은 임의로, 예를 들어, 유기 그룹 (예컨대, 분자 링커, 단백질) 또는 무기 고체 (예컨대, 금속 나노입자 및 산화물 반도체)로 기능화될 수 있다. 그러나, 바람직한 구현예에서, 그래핀 나노플레이트렛은 기능화되지 않는다.
구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물 및 다기능성 코팅은 조성물 (또는 다기능성 코팅)의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 그래핀 나노플레이트렛을 포함한다. 유사하게, 구현예에서, 본 발명의 키트는 키트로 제조될 코팅 조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 그래핀 나노플레이트렛을 포함하도록 하는 양으로 그래핀 나노플레이트렛을 포함한다.
실제로, 구현예에서, (본 발명의 또는 본 발명의 키트를 사용하여 제조된) 코팅 조성물 및 다기능성 코팅은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량%의 그래핀 나노플레이트렛을 포함할 수 있다. 구현예에서, 이 코팅 조성물 및 다기능성 코팅은 조성물의 총 중량을 기준으로 다음을 포함한다:
ㆍ 약 0.001, 약 0.01, 약 0.1, 약 0.2, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 약 8, 또는 약 9 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 15, 약 12.5, 약 10, 약 9, 약 8, 약 7, 약 6, 약 5, 약 4, 약 3, 약 2 또는 약 1 중량% 이하의 그래핀 나노플레이트렛.
실제로, 아래 실시예는 존재하는 그래핀의 양이 코팅에 필요한 정확한 최종 성질에 따라 선택될 수 있다는 것을 나타낸다. 최소 마찰 계수가 필요할 경우 약 0.3 중량%의 GNP 함량이 바람직하다. 최대 파울링-방출 효능이 필요한 경우 약 5 중량%의 GNP 함량이 바람직하다. 최대 인장 강도 및/또는 최대 압입 파괴 저항성이 필요한 경우 약 6 중량%의 GNP 함량이 바람직하다. 최대 내식성이 필요한 경우 약 8 중량%의 GNP 함량이 바람직하다. 최대 굽힘 강도가 필요한 경우 약 9 중량%의 GNP 함량이 바람직하다. (모든 중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.)
가장 바람직한 구현예에서, 그래핀 나노플레이트렛 함량은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량%와 약 0.5 중량% 사이, 바람직하게는 약 0.3 중량%이다.
천연 또는 합성 오일
상기 언급된 바와 같이, 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 천연 또는 합성 오일, 바람직하게는 천연 오일을 포함한다.
사용될 수 있는 천연 오일의 비제한적인 예는 알비지아 벤쓰 오일 (Albizia benth oil), 멸치 오일, 아르게모네 오일 (argemone oil), 아보카도 오일, 카놀라 오일, 카파리스 제일라니카 오일 (Capparis zeylanica oil), 카르다민 임페이션스 오일 (Cardamine impatiens oil), 피마자 오일, 코코넛 오일, 코리아리아 오일 (Coriaria oil), 옥수수 오일, 면실 오일, 겨자 오일 (crambe oil), 피시 오일, 포도씨 오일, 대마 오일, 월계수 오일, 레스쿠에롤린산, 아마인 오일, 룸방 오일, 메도우폼 씨드 오일, 메수아 페레아 오일 (Mesua ferrea oil), 미네랄 오일, 머스타드 오일, 님 오일, 올리브 오일, 팜 오일, 땅콩 오일, 퐁가미아 오일, 무 오일, 유채씨 오일, 리시누스 콤무니스 오일 (Ricinus communis oil), 고무씨 오일, 홍화 오일, 산탈룸 알붐 오일 (Santalum album oil), 세바스티아나 커머소니아나 오일 (Sebastiana commersoniana oil), 참깨 오일, 스트로판투스 오일 (Strophantus oil), 대두 오일, 슈거 애플 (아노나 스콰모사 (Annona squamosa)) 오일, 해바라기 오일, 타이거넛 오일, 및 오동 오일을 포함한다. 바람직한 천연 오일은 카놀라 오일, 해바라기 오일, 및 대두 오일, 보다 바람직하게는 카놀라 오일을 포함한다.
사용될 수 있는 합성 오일의 비제한적인 예는 폴리알파올레핀 오일, 디에스테르 오일, 폴리올에스테르 오일, 포스페이트 에스테르 오일, 폴리알킬렌 글리콜 오일, 및 실리콘 오일을 포함한다.
바람직한 구현예에서, 천연 또는 합성 오일은 카놀라 오일, 해바라기 오일, 또는 대두 오일, 바람직하게는 카놀라 오일이다.
놀랍게도 천연 또는 합성 오일의 존재가 코팅의 파울링-방출 효능을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 그러한 오일은 코팅의 마찰 계수를 낮추었다. 또한, 오일은 코팅에 항균 효과를 부여할 수 있다. 마지막으로, 오일은 바람직하게 코팅의 소수성을 증가시킨다.
구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 10 중량%의 천연 또는 합성 오일을 포함한다. 유사하게, 구현예에서, 본 발명의 키트는 키트로 제조될 코팅 조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 10 중량%의 천연 또는 합성 오일을 포함하도록 하는 양으로 천연 또는 합성 오일을 포함한다.
실제로, 구현예에서, (본 발명의 또는 본 발명의 키트를 사용하여 제조된) 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10 중량%의 천연 또는 합성 오일을 포함한다. 구현예에서, 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음을 포함한다:
ㆍ 약 0.1, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 또는 약 7 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 10, 약 9, 약 8, 약 7, 약 5, 약 4, 약 3 중량% 이하의 천연 또는 합성 오일.
구현예에서, (본 발명의 또는 본 발명의 키트를 사용하여 제조된) 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 3 중량%와 약 7 중량% 사이, 바람직하게는 약 4 중량%와 약 6 중량% 사이, 보다 바람직하게는 약 5 중량%의 천연 또는 합성 오일을 포함한다. 실제로, 아래 실시예는 최대 파울링-방출 효능 및 최소 마찰 계수가 필요한 경우 약 5 중량%의 오일 함량이 바람직하다는 것을 나타낸다.
가장 바람직한 구현예에서, 본 발명의 조성물, 키트 또는 다기능성 코팅은 그래핀 나노플레이트렛 및 카놀라 오일을 포함하고, 여기서, 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량 및 약 5 중량%의 카놀라 오일 함량을 갖거나, 키트는 키트로 제조될 코팅 조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량 및 약 5 중량%의 오일 함량을 갖도록 하는 양으로 그래핀 나노플레이트렛 및 카놀라 오일을 포함한다.
놀랍게도, 본 발명자들은 오일의 혼입이 열경화성 수지 시스템의 경화 후에 장기-지속되고 뚜렷한 소수성을 나타내는 코팅을 제조할 수 있다는 것을 발견하였다. 이것은 다음과 같은 반응 때문으로 여겨진다:
ㆍ 오일로부터 기원하는 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트를 열경화성 수지 (경화 전) 및 열경화 수지 (경화 후)에 그래프팅하고,
ㆍ 열경화성 수지 또는 경화제 (경화 전)에 분산되고 열경화 수지 (경화 후)에 분산된 지방 아미드를 생성한다.
두 경우 모두, 장쇄 탄화수소 그룹은 소수성과 표면 미끄러짐을 부여한다.
경화 후, 전형적인 에폭시 수지 (및 기타 열경화성 수지)는 극성 하이드록실 그룹을 포함한다. 따라서, 이들은 물 접촉각이 낮고 친수성이 강하여 파울링을 촉진시키는 경향이 있다. 오일의 첨가는 경화된 수지 자체를 변화시켜 본 발명의 다기능성 코팅을 강하게 소수성으로 만든다.
이 효과는 이제 카놀라 오일 및 에폭시 수지를 예로 들어 논의될 것이다.
카놀라 오일은 주로 불포화 및 포화 지방 카복실산을 포함한다. 실제로, 카놀라 오일은 전형적으로 다음을 포함한다:
Figure pct00002
산에 대한 기호는 총 탄소 수와 이중 결합 (예를 들어, 18:2)에 이어 쇄의 메틸 말단 (예를 들어, n-6)으로부터 계산하여 첫 번째 이중 결합의 시작 위치를 포함한다. 보다 통상적인 불포화 지방산의 이중 결합은 시스 구성을 가지며 -CH2- 그룹에 의해 분리된다.
에폭시 수지의 고리-변형된 반응성 에폭시 그룹 및 오일의 지방 카복실산 그룹은 함께 반응할 수 있어서, 에폭시 수지 상에 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트 그룹의 그래프팅을 초래한다. 경화 동안, 가교결합 반응에서 이렇게 그래프팅된 에폭시 수지는 가교결합된 (즉, 경화된) 열경화 수지에 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트 그룹의 혼입을 초래한다.
지방 카복실산과 에폭시 그룹의 반응은 다음과 같다:
Figure pct00003
여기서, R1은 지방 알킬 또는 알케닐 그룹이고, R2
Figure pct00004
는 에폭시 수지 (R2는 에폭시 수지에 대해 사용된 임의의 유기 화합물이다)이다.
또한, 에폭시 수지를 경화하기 위해 사용된 아민 경화제는 또한 지방 카복실산과 반응할 수 있으며, 이는 경화 후에 경화된 열경화 수지에 분산될 지방 아미드를 생성한다.
지방 카복실산과 (1차) 아민 경화제의 반응은 다음과 같다:
Figure pct00005
여기서, R1은 지방 알킬 또는 알케닐 그룹이고, R3NH2는 (1차) 아민 경화제 (R3은 아민 경화제에 사용된 임의의 유기 화합물이다)이다.
따라서, 구현예에서, 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 수지에 그래프팅된 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트를 가진 열경화성 수지 (경화 전) 또는 열경화 수지 (경화 후)를 포함한다; 이들 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트 그룹은 수지와 오일 사이의 반응으로부터 기원한다.
따라서, 구현예에서, 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 열경화성 수지 (경화 전) 또는 열경화 수지 (경화 후)에 분산된 지방 아미드를 포함한다; 이들 지방 아미드는 경화제와 오일 사이의 반응으로부터 기원한다.
본원에서, 지방 카복실산은 화학식 R1COOH의 그룹이고, 여기서, R1은 지방 알킬 또는 알케닐 그룹이다.
본원에서, 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트는 화학식 R1COO-의 1가 라디칼이고, 여기서, R1은 지방 알킬 또는 알케닐 그룹이다.
본원에서, 지방 아미드는 화학식 R1CONH2의 그룹이고, 여기서, R1은 지방 알킬 또는 알케닐 그룹이다.
지방 알킬 그룹은 11개 이상의 탄소 원자, 바람직하게는 15개 이상의 탄소 원자, 보다 바람직하게는 15개 또는 17개의 탄소 원자를 포함하는 일반 화학식 CnH2n+1의 1가 포화 지방족 탄화수소 라디칼이다.
지방 알케닐 그룹은 알킬과 유사하지만 적어도 하나의 이중 결합을 포함하는 1가 지방족 탄화수소 라디칼이다. 지방 알킬 그룹과 마찬가지로, 지방 알케닐 그룹은 12개 이상의 탄소 원자, 바람직하게는 16개 이상의 탄소 원자, 보다 바람직하게는 16개 또는 18개의 탄소 원자를 포함한다. 구현예에서, 지방 알케닐 그룹은 1, 2 또는 3개의 이중 결합을 포함한다.
성분 a) 내지 d)
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅은 성분 a) 내지 d) 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다:
a) 은 나노입자,
b) 구리 분말,
c) 티타늄 나노입자, 및
d) 세피올라이트.
구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅은 다음을 포함한다:
ㆍ 성분 a) 내지 d) 중 적어도 하나,
ㆍ 성분 a) 내지 d) 중 임의의 하나,
ㆍ 성분 a) 내지 d) 중 적어도 2개,
ㆍ 성분 a) 내지 d) 중 정확히 2개,
ㆍ 성분 a) 내지 d) 중 적어도 3개,
ㆍ 성분 a) 내지 d) 중 정확히 3개,
ㆍ 상기 성분 a) 내지 d) 모두.
본 발명의 코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅이 상기 a) 내지 d) 중 적어도 하나 또는 임의의 하나만을 포함하는 구현예는 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅이 다음을 포함하는 구현예를 포함한다:
ㆍ 성분 a) 은 나노입자,
ㆍ 대안적으로, 성분 b) 구리 분말,
ㆍ 대안적으로, 성분 c) 티타늄 나노입자, 또는
ㆍ 대안적으로, 성분 d) 세피올라이트.
코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅이:
ㆍ 성분 a) 천연 또는 합성 오일 및 성분 b) 구리 분말,
ㆍ 대안적으로, 성분 a) 은 나노입자 및 성분 c) 티타늄 나노입자,
ㆍ 대안적으로, 성분 a) 은 나노입자 및 성분 d) 세피올라이트,
ㆍ 대안적으로, 성분 b) 구리 분말 및 성분 c) 티타늄 나노입자,
ㆍ 대안적으로, 성분 b) 구리 분말 및 성분 d) 세피올라이트, 또는
ㆍ 대안적으로, 성분 c) 티타늄 나노입자 및 성분 d) 세피올라이트를 포함하는 구현예를 포함하는,
본 발명의 코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅이 상기 성분 a) 내지 d) 중 적어도 2개 또는 정확히 2개를 포함하는 구현예는 코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅이 다음을 포함하는 구현예를 포함한다:
ㆍ 성분 a) 은 나노입자 및 성분 b), c), 및 d) 중 임의의 하나,
ㆍ 대안적으로, 성분 b) 구리 분말 및 성분 a), c), 및 d) 중 임의의 하나,
ㆍ 대안적으로, 성분 c) 티타늄 나노입자 및 성분 a), b), 및 d) 중 임의의 하나, 또는
ㆍ 대안적으로, 성분 d) 세피올라이트 및 성분 a), b), 및 c) 중 임의의 하나.
코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅이:
ㆍ 성분 a) 은 나노입자, 성분 b) 구리 분말, 및 성분 c) 및 d) 중 임의의 하나,
ㆍ 대안적으로, 성분 a) 은 나노입자, 성분 c) 티타늄 나노입자, 및 상기 성분 b), d) 및 e) 중 임의의 하나,
ㆍ 대안적으로, 성분 a) 은 나노입자, 성분 d) 세피올라이트, 및 상기 성분 b), c) 및 e) 중 임의의 하나,
ㆍ 대안적으로, 성분 b) 구리 분말, 성분 c) 티타늄 나노입자, 및 상기 성분 a), d), 및 e) 중 임의의 하나,
ㆍ 대안적으로, 성분 b) 구리 분말, 성분 d) 세피올라이트, 및 상기 성분 a), c), 및 e) 중 임의의 하나, 또는
ㆍ 대안적으로, 성분 c) 티타늄 나노입자, 성분 d) 세피올라이트, 및 상기 성분 a), b), 및 e) 중 임의의 하나,
를 포함하는 구현예를 포함하고,
코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅이:
ㆍ 성분 a) 은 나노입자, 성분 b) 구리 분말, 및 성분 c) 티타늄 나노입자,
ㆍ 성분 a) 은 나노입자, 성분 b) 구리 분말, 및 성분 d) 세피올라이트,
ㆍ 성분 a) 은 나노입자, 성분 c) 티타늄 나노입자, 및 성분 d) 세피올라이트, 또는
ㆍ 성분 b) 구리 분말, 성분 c) 티타늄 나노입자, 및 성분 d) 세피올라이트를 포함하는 구현예를 포함하는,
본 발명의 코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅이 성분 a) 내지 d) 중 적어도 3개 또는 정확히 3개를 포함하는 구현예는 코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅이 다음을 포함하는 구현예를 포함한다:
ㆍ 성분 a) 은 나노입자 및 성분 b) 내지 d) 중 임의의 2개,
ㆍ 대안적으로, 성분 b) 구리 분말 및 성분 a), c), 및 d) 중 임의의 2개,
ㆍ 대안적으로, 성분 c) 티타늄 나노입자 및 성분 a), b), 및 d) 중 임의의 2개, 또는
ㆍ 대안적으로, 성분 d) 세피올라이트 및 성분 a), b), 및 c) 중 임의의 2개.
대안적인 구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅은 성분 a), 성분 b), 성분 c) 및/또는 성분 d)가 없다.
a) 은 나노입자
상기 언급된 바와 같이, 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 은 나노입자를 포함할 수 있다. 이들 나노입자는 원소 은 또는 은 염의 나노입자이다. 바람직하게는, 은 나노입자는 원소 은의 나노입자이다
적합한 은 염의 비제한적인 예는 은 트리플루오로메탄설포네이트, 은 메탄설포네이트, 은 락트산 염, 은(I) 2-벤조티아졸티올 염, 은 사카린 염, 은 2-시아노-2-하이드록시이미노-아세트아미드 염, 은 4-하이드록시-1 (2H)-프탈라지논 염, 은 2-(4-사이클로헥실부틸)-3-하이드록시-1,4-나프토퀴논, 질산은, 은 바륨 염, 염화은, 탄산은, 사불화붕산은, 황산은, 과염소산은, 요오드화은, 아질산은, 시안화은, 브롬화은, 은 헥사플루오로포스페이트, 불화은(I), 과염소산은 수화물, 크롬산은, 시안산은, 인산은, 티오시안산은, 불화은(II), 은 사이클로헥산부티레이트, 은 헥사플루오로안티모네이트(V), 시트르산은 수화물, 염소산은, 은 헥사플루오로아르세네이트(V), 은(I) 설파디아진, 과염소산은 일수화물, 메타바나딘산은, 및 과레늄산은(I)을 포함한다.
이들 나노입자는 다양한 크기, 예를 들어, 직경이 약 1 내지 약 200 nm, 바람직하게는 약 5 내지 약 200 nm 일 수 있다.
이들 나노입자는 입자에 원하는 기능을 제공하기 위해 기능화되거나 코팅될 수 있으며, 예를 들어, 수지 시스템에서 이의 분산을 용이하게 할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 은 나노입자는 기능화되지 않는다.
놀랍게도 은 나노입자의 존재가 코팅의 파울링-방출 효능을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 그러한 나노입자는 코팅에 항균 효과를 부여한다. 마지막으로, 은 나노입자는 바람직하게는 코팅 매트릭스의 강도를 증가시켰다.
구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 1000 ppm의 은 나노입자를 포함한다. 유사하게, 구현예에서, 본 발명의 키트는 키트로 제조될 코팅 조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 1000 ppm의 은 나노입자를 포함하도록 하는 양으로 은 나노입자를 포함한다.
실제로, 구현예에서, (본 발명의 또는 본 발명의 키트를 사용하여 제조된) 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 10 내지 약 1000 ppm의 은 나노입자를 포함한다. 구현예에서, 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음을 포함한다:
ㆍ 약 10, 약 25, 약 50, 약 75, 약 100, 약 150, 약 200, 약 250, 약 250, 또는 약 300 ppm 이상 및/또는
ㆍ 약 1000, 약 750, 약 500, 약 250, 약 100, 약 50 ppm 이하의 은 나노입자.
대안적인 구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 은 나노입자가 없다.
b) 구리 분말
상기 언급된 바와 같이, 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 구리 분말을 포함할 수 있다. 이 구리 분말은 원소 구리, 구리 산화물, 바람직하게는 산화제일구리 (Cu2O), 또는 구리 염의 입자를 포함한다. 바람직하게는, 구리 분말은 원소 구리 분말이다 (공기/습기에 노출될 때 원소 구리가 산화됨에 따라 그러한 분말의 입자는 구리 산화물 층에 의해 부동태화될 수 있음을 이해할 것이다).
적합한 구리 염 나노입자의 비제한적인 예는 브롬화구리(I), 브롬화구리(II), 구리(I) 브로마이드 디메틸 설파이드, 염화구리(I), 염화구리(II), 염화구리(II) 이수화물, 구리(II) 사이클로헥산부티레이트, 불화구리(II), 불화구리(II) 이수화물, 구리(II) D-글루코네이트, 수산화 구리(II), 요오드화 구리(I), 질산구리(II), 질산구리(II) 헤미(5수화물), 질산구리(II) 수화물, 과염소산구리(II) 6수화물, 피로인산구리(II), 피로인산구리(II) 수화물, 셀렌산구리(II), 셀렌산구리(II) 이수화물, 황산구리(II), 황산구리(II) 5수화물, 타르타르산구리(II), 타르타르산구리(II) 수화물, 사불화붕산구리(II), 사불화붕산구리(II) 수화물, 티오시안산구리(I), 및 황산 테트라아민구리(II) 일수화물을 포함한다.
분말 내의 입자는 다양한 크기, 예를 들어, 크기가 약 0.5 내지 약 250 μm일 수 있고, 바람직하게는 크기가 100 μm 미만일 수 있다.
놀랍게도 이 구리 분말의 존재가 코팅 표면에 바이오파울링 물질의 침착을 방지하기 때문에 코팅의 파울링-방출 효능을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 이 구리 분말은 코팅에 항균 효과를 부여한다. 참고로, 코팅은 놀랍게도 환경 (전형적으로 물)에서 구리를 크게 침출시키지 않으며, 오히려 열경화 매트릭스/그래핀 나노플레이트렛에 강하게 결합, 포획 및/또는 부착되어 유지된다.
구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 20 중량%의 구리 분말을 포함한다. 유사하게, 구현예에서, 본 발명의 키트는 키트로 제조될 코팅 조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 20 중량%의 구리 분말을 포함하도록 하는 양으로 구리 분말을 포함한다.
실제로, 구현예에서, (본 발명의 또는 본 발명의 키트를 사용하여 제조된) 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 2 내지 약 20 중량%의 구리 분말을 포함한다. 구현예에서, 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음을 포함한다:
ㆍ 약 2, 약 5, 약 8, 약 10, 약 12.5, 약 15 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 20, 약 18, 약 16, 약 14, 약 12, 또는 약 10 중량% 이하의 구리 분말.
대안적인 구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 구리 분말이 없다.
c) 티타늄 나노 입자
상기 언급된 바와 같이, 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 티타늄 나노입자를 포함할 수 있다. 이들 나노입자는 원소 티타늄, 이산화티타늄 (TiO2), 또는 티타늄 염의 나노입자이다. 바람직하게는, 티타늄 나노입자는 이산화티타늄의 나노입자이다.
적합한 티타늄 염의 비제한적인 예는 브롬화티타늄(IV), 티타늄 카보니트라이드, 염화티타늄(II), 염화티타늄(IV), 불화티타늄(III), 불화티타늄(IV), 요오드화티타늄(IV), 옥시황산티타늄(IV)을 포함한다.
나노입자는 다양한 크기, 예를 들어, 크기가 약 5 내지 약 500 nm일 수 있다.
놀랍게도 티타늄 나노입자가 코팅 표면에 바이오파울링 물질의 침착을 방지하기 때문에 코팅의 파울링-방출 효능을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 이들 나노입자는 코팅에 항균 효과를 부여한다.
구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 8 중량%의 티타늄 나노입자를 포함한다. 유사하게, 구현예에서, 본 발명의 키트는 키트로 제조될 코팅 조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 8 중량%의 티타늄 나노입자를 포함하도록 하는 양으로 티타늄 나노입자를 포함한다.
실제로, 구현예에서, (본 발명의 또는 본 발명의 키트를 사용하여 제조된) 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.05 내지 약 8 중량%의 티타늄 나노입자를 포함한다. 구현예에서, 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음을 포함한다:
ㆍ 약 0.05, 약 0.1, 약 0.5, 약 0.75, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 8, 약 7, 약 6, 약 5, 약 4 중량% 이하의 티타늄 나노입자.
대안적인 구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 티타늄 나노입자가 없다.
d) 세피올라이트
상기 언급된 바와 같이, 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 세피올라이트를 포함할 수 있다.
해포석으로도 알려져 있는 세피올라이트는 연질 점토 광물 및 필로 실리케이트이다. 이는 복잡한 규산마그네슘이다. 이는 섬유질, 미립자, 및 고체 형태로 발견된다. 세피올라이트는 불투명하고 회백색, 회색 또는 크림색으로, 패각상 (conchoidal) 또는 미세한 흙 골절로 부서지며 때때로 섬유상 질감이다.
세피올라이트의 전형적인 화학식은 Mg4Si6015(0H)2ㆍ6H20이다. 그러나, 세피올라이트는 수화 정도가 상이할 수 있다 (예를 들어, 1 내지 10 H2O). 또한, 마그네슘과 실리콘의 정확한 몰비는 또한 상기 식과 상이할 수 있다.
놀랍게도 세피올라이트가 코팅의 파울링-방출 효능을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 세피올라이트는 코팅에 항균 효과를 부여한다. 또한, 세피올라이트는 내식성 코팅을 증가시킨다. 마지막으로, 세피올라이트는 코팅의 강도를 증가시킨다.
구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 세피올라이트를 포함한다. 유사하게, 구현예에서, 본 발명의 키트는 키트로 제조될 코팅 조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 세피올라이트를 포함하도록 하는 양으로 세피올라이트를 포함한다.
실제로, 구현예에서, (본 발명의 또는 본 발명의 키트를 사용하여 제조된) 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 15 중량%의 세피올라이트를 포함한다. 구현예에서, 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음을 포함한다:
ㆍ 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 또는 약 8 중량% 이상 및/또는
ㆍ 약 15, 약 12, 약 10, 약 9, 약 8, 약 7, 또는 약 6 중량% 이하의 세피올라이트.
대안적인 구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 세피올라이트가 없다.
추가 성분
본 발명의 코팅 조성물, 키트, 및 다기능성 코팅은 추가 성분을 포함할 수 있다. 특히, 코팅 조성물/키트/다기능성 코팅은 코팅이 어두운 곳에서 빛나게 하는 성분을 포함할 수 있으며, 이는 저광 (low-light) 조건에서 코팅을 갖는 대상체의 국부화를 용이하게 할 수 있다.
이러한 "어두운 곳에서 빛나는" 특징을 제공하는 성분의 비제한적인 예는 인, 황화아연 및 알루민산스트론튬, 및 이들의 혼합물, 바람직하게는 인, 황화아연 및 알루민산스트론튬의 혼합물을 포함한다.
이들 "어두운 곳에서 빛나는" 성분은 전형적으로 코팅에 소량으로 존재한다. 구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물 또는 다기능성 코팅은 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 이들 "어두운 곳에서 빛나는" 성분 각각을 최대 5 중량%, 바람직하게는 약 1 중량% 포함한다. 유사하게, 구현예에서, 본 발명의 키트는 키트로 제조될 코팅 조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 이들 "어두운 곳에서 빛나는" 성분 각각을 최대 5 중량%, 바람직하게는 약 1 중량% 포함하도록 하는 양으로 이들 성분을 포함한다.
용도, 코팅 시스템, 코팅된 기재, 및 코팅 방법
상기 언급된 바와 같이, 본 발명은 코팅 조성물뿐만 아니라 코팅 조성물 제조용 키트를 제공한다. 이들 코팅 조성물은 기재의 표면에 상기 정의된 바와 같은 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 기재 표면을 코팅하기 위한 코팅 시스템도 제공되는데, 상기 코팅 시스템은 기재를 포함하는 코팅된 기재뿐만 아니라 상기 정의된 바와 같은 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트를 포함하고, 상기 기재의 표면은 상기 정의된 바와 같은 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트로 코팅된다.
또한, 기재의 표면을 코팅하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
a) 표면을 부착물 제거하고(cleaning) 건조시키는 단계,
b) 임의로 적어도 하나의 프라이머 코트를 상기 표면에 적용하는 단계,
c) 상기 프라이머 코트(들) 위에 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트를 적용하여 다기능성 코팅을 제조하는 단계
코팅될 기재는 금속 (예를 들어, 강철), 세라믹, 유리섬유, 탄소 섬유, 목재, 및 플라스틱과 같은 다양한 성질의 것일 수 있다.
유리하게는, 기재 (일단 코팅되면)는 습한 환경에서 사용하기 위한 것이다. 본원에서 그러한 환경은 기재가 물과 규칙적으로 접촉하는 환경으로 정의된다. 습한 환경에서 사용되는 기재의 예는 해양 장비, 습한 환경에서 사용하기 위한 센서 (예를 들어, 물 매개변수, 예컨대 온도, 깊이, 염도, 용존 가스, pH 및 기타 해양, 하구 및 해안 생태계, 담수 환경을 추적하는 센서), 자동차 부품, 농업 장비, 수산양식 장비, 수력 발전 장비, 및 오일-가스 산업 장비를 포함한다. 해양 장비의 보다 구체적인 예는 보트, 선박 및 배, 특히 이의 선체 및 밸러스트, 부표, 피시 트랩, 수중 장비 (수중 로봇 장비 포함), 잠수함 등을 포함한다. 바람직한 기재는 해양 장비, 바람직하게는 선박 선체 및 습한 환경에서 사용하기 위한 센서를 포함한다.
전형적으로, 코팅이 적용될 기재의 표면은 이를 부착물 제거, 건조 및 마모시켜 준비된다. 사실, 먼저, 오염물질, 예컨대 그리스, 오일, 왁스 또는 곰팡이가 없도록 표면 부착물을 제거한다. 참고로, 표면은 일반적으로 오염물질(들)이 표면을 마모시키는 것을 피하기 위해 샌딩하기 전에 부착물 제거한다. 둘째, 표면이 가능한 한 건조되어 코팅의 접착을 촉진한다. 마지막으로, 특히, 견목재 및 비다공성 표면의 경우, 표면은, 예를 들어, 샌딩에 의해 마모되어 이는 또한 코팅의 접착을 촉진하므로 거칠어진다.
습한 환경에서 사용하기 위한 선행 기술 코팅, 특히 선박 선체에 사용되는 코팅은 전형적으로 도 1에 나타낸 방식으로 적용된다. 실제로, 도 1은 그러한 사용을 위한 전형적으로 선행 기술 코팅 (10)의 다양한 층을 나타낸다. 먼저, 상기 기재된 바와 같이 제조된 기재 (12)가 제공된다. 이어서, 프라이머 코팅 (14)이 전형적으로 기재 (12)에 1개 또는 2개의 코트로 적용된다. 이어서, 타이 코트 (16)는 전형적으로 프라이머 코팅 (14)에 1개 또는 2개의 코트로 적용된다. 마지막으로, 기능성 탑코트 (18)는 전형적으로 타이 코트 (16)에 1개 내지 3개 코트로 적용된다.
프라이머 코팅 (14)은 전형적으로 에폭시 프라이머이다. 이는 기재 (12)의 표면을 보호하기 위해 적용된다. 그러한 프라이머는 특히 강철 및 유리섬유의 경우 기재 (12)의 표면으로 물의 삼투를 방지하도록 설계된다. 이는 또한 부식에 대한 일부 보호 수단을 제공하였다. 마지막으로, 타이 코팅과 기능성 코팅이 손상되는 경우 베이스 강도를 높여준다. 프라이머 코팅은 당업계에 잘 알려져 있으며, 시판중이다. 프라이머 코팅의 비제한적인 예는 International®에 의해 판매되는 Intershield® 300, PPG®에 의해 판매되는 Amercoat® 235, Sherwin Williams®에 의해 판매되는 Recoatable 에폭시 프라이머 및 Jotun®에 의해 판매되는 Jotamastic® 80을 포함한다. Intershield® 300은 범용 프라이머로서 사용하기 위해 판매되는 순수한 에폭시 코팅이다. Amercoat® 235는 2-성분, 다목적 페날카민 에폭시이다. Sherwin Williams®에 의한 재코팅 가능한 에폭시 프라이머는 빠르게 건조되고 신속하게 또는 확장된 재코팅성을 위해 설계된 촉매된 폴리아미드/비스페놀 A 에폭시 프라이머이다. Jotamastic® 80은 표면 내성이 높은 고체 생성물인 2 성분 폴리아민 경화된 에폭시 마스틱 코팅이다.
타이 코트 (16)는 전형적으로 거칠고 샌딩 가능한 단일 성분 페인트이다. 이는 대부분의 페인트된 표면에 우수한 접착 특징을 가진 수지를 함유한다. 이의 기능은 프라이머 코팅 (14)에 기능성 코팅 (18)의 접착력을 보장하는 것이다.
선행 기술의 기능성 탑코트 (18)의 기능은 파울링을 방지하는 것이다. 두 가지 유형의 기술이 이용 가능하다. 첫째, 파울링 물질 (예를 들어, 해양 생물)이 침착, 부착 및/또는 성장하는 것을 방지하는 탑코트가 있다. 이것은 전형적으로 물에서 방출 살생물제를 통해 달성된다. 둘째, 자체적으로 침착되거나 부착되고/되거나 표면에서 성장한 파울링을 방출하는 탑코트가 있다. 이 두 번째 유형의 코팅은 물 속의 이들의 움직임이 파울링 물질을 닦아 내기 때문에 선박에 주로 사용된다.
선행 기술 코팅의 비제한적인 예는 International® (Akzo Nobel®사)로부터의 Intersleek® 1100SR이다. 이 코팅은 파울링 방출 코팅의 시장에서 최고로 인정받고 있다. "점액물 (slime) 방출 성질이 강화된 특허 받은 플루오로중합체 기술은 도킹 사이클 전체에 걸쳐 성능을 유지한다"로 판매되는데, 이는 "배 성능에 대한 점액물 문제를 해결하기 위해 특별하게 설계된 Intersleek 범위의 이러한 혁신은 따뜻한 물에서도 더 나은 정전기 저항성과 함께 뛰어난 마이크로 및 매크로 파울링 제어를 전달하는" 것으로, 본원에 참조로 포함된 문헌 (Intersleek® 1100SR: Biocide-free, slime release fouling control coating, 2017, by International®, AzkoNobel®)을 참조한다. 이 제품과 함께 제공되는 설명서는 "승인된 프라이머 시스템 및 Intersleek 타이코트 (Intersleek 737 또는 731) 위에 적용되어야 하고" 또는 다른 Intersleek 코팅 시스템 (프라이머 코팅 및 타이 코트도 포함) 위에 적용되어야 한다는 것을 나타낸다.
도 2a) 및 2b)는 본 발명의 구현예 (20)에 따른 습한 환경에서 사용하기 위한 다양한 코팅 층을 나타낸다. 먼저, 상기 기재된 바와 같이 제조된 기재 (12)가 제공된다. 이어서, 상기 정의된 바와 같은 프라이머 코팅 (14)은 임의로 기재 (12)에 전형적으로 1개 또는 2개의 코트, 바람직하게는 2개의 코트로 적용된다. 실제로, 일부 구현예에서, 선행 기술의 코팅과 현저하게 상이한 프라이머 코팅이 없다. 다른 구현예에서, 프라이머 코팅이 존재한다. 도 1에 나타낸 선행 기술의 코팅과 추가로 대조적으로, 일반적으로 타이 코트가 없다. 오히려, 본 발명의 코팅 조성물의 하나 이상의 코트 (바람직하게는 2개 이상)는 프라이머 코팅 (14) 또는 기재 (12)에 직접 적용되어 다기능성 코팅 (22)을 형성한다. 다기능성 코팅 (22)이 프라이머 코팅 (14) 상에 직접 형성될 수 있다는 사실은 본 발명의 이점 중 하나이다. 이러한 이점은 특히 다기능성 코팅 (22) 및 프라이머 코팅 (14)이 유사한 성질을 가질 때, 예를 들어, 이들이 동일한 계열의 수지를 포함하는 경우, 예를 들어, 이들 둘 다가 에폭시 수지를 포함하는 경우에 나타난다. 다기능성 코팅 (22)이 기재 (12) 상에 직접 형성될 수도 있다는 사실은 본 발명의 또 다른 이점이다.
따라서, 특정 구현예에서, 특히, 습한 환경에서 사용하기 위한 센서가 코팅될 기재인 경우, 다기능성 코팅은 프라이머 코팅 또는 타이 코트를 개재하지 않고, 바람직하게는 임의의 개재 층이 전혀 없이 기재 (예를 들어, 센서)에 직접 적용된다.
다기능성 코팅 (22)은 두께가 약 1 μm 내지 약 400 μm, 바람직하게는 두께가 약 100 μm 내지 약 200 μm일 수 있다.
전형적으로, 다기능성 코팅 (22)은 열경화성 수지가 경화되지 않은 (또는 부분적으로만 경화된) (본 발명의 또는 본 발명의 키트를 사용하여 제조된)코팅 조성물을 사용하여 적용된 다음, 열경화성 수지가 경화되도록 한다. 코팅 조성물은 단순히 기재 (12) 상에 코팅 조성물을 페인팅하는 것을 포함하는 다양한 코팅 기술에 의해 기재 (12)에 적용될 수 있다.
본 발명의 이점
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 코팅 조성물 및 키트는 습한 환경에서 사용하기 위한 다기능성 코팅의 생산을 허용한다. 보다 구체적으로, 이들 다기능성 코팅은 저-마찰, 파울링-방출, 부식방지, 기계적으로-강화된 코팅이다.
본원에서, "저-마찰" 코팅은 열경화성 수지 시스템만을 포함하는 유사한 코팅의 마찰 계수보다 낮은 마찰 계수를 갖는 코팅이다.
본원에서, "부식방지" 코팅은 열경화성 수지만을 포함하는 유사한 코팅보다 더 높은 내식성 (예를 들어, 더 낮은 부식률)을 나타내는 코팅이다. 내식성은 부식을 늦추거나 방지하는 재료의 성향으로 정의된다. 금속의 내식성은, 예를 들어, ASTM G50-10 (2015), "금속에 대한 대기 부식 시험을 수행하기 위한 표준 실무"에 기재되어 있는 방법을 사용하여 측정될 수 있다.
본원에서, "파울링-방출" 코팅은 코팅이 적용된 기재로부터 파울링 물질의 분리를 용이하게 하는 코팅이다 (열경화성 수지 시스템만을 포함하는 유사한 코팅과 비교함). 대조적으로, "파울링방지" 코팅은 코팅이 적용되는 기재의 파울링을 늦추거나 방지하는 코팅이다. 본 발명의 코팅은 파울링-방출 코팅이다. 코팅의 소수성 정도는 전형적으로 이의 파울링-방출 성능 수준을 나타낼 수 있다. 개선된 파울링-방출 성능을 위해, 물, 특히 해양수와의 더 높은 접촉각이 선호된다. 따라서, 본 발명의 다기능성 코팅은 소수성이다. 코팅에서 성장한 생물막의 ATP 농도는 파울링-방출/파울링 방지 효능의 척도이기도 한데, 이는 생물막의 성장이 표면에 바이오파울링 물질의 침착의 첫 단계이기 때문이다.
본원에서, "기계적으로-강화된" 코팅은 열경화성 수지 시스템만을 포함하는 유사한 코팅에 비해 바람직하게 강화된 적어도 하나의 기계적 성질을 갖는 코팅이다. 기계적 성질은 강성, 강도, 내마모성, 압흔 파괴 저항성 및/또는 표면 경도일 수 있다. 이에 비해, International® (Akzo Nobel®사)로부터의 Intersleek® 1100SR은 다소 부드럽고 "예를 들어, 펜더링 또는 충격 손상으로 인해 기계적 마모가 발생하는 임의의 영역에서 코트 간 분리가 발생할 수 있다" - 본원에 참조로 포함된 문헌 (Intersleek® 1100SR: Advanced Fluoropolymer Foul Release Coating, 2015, by International®, AzkoNobel®)을 참조한다.
다기능성 코팅은 여러 기능을 결합하기 때문에 유리하다.
특히, 다기능성 코팅은 파울링-방출과 부식방지 둘 다이다. 이와 같이, 바이오파울링과 부식 둘 다가 큰 문제가 되는 습한 환경에서는 다기능성 코팅이 특히 유리하다.
참고로, 다기능성 코팅은 선행 기술 파울링방지 코팅의 파울링방지 활성 둘 다를 결합한다. 즉, 다기능성 코팅 둘 다는 파울링 물질이 침착, 부착 및/또는 성장하는 것을 방지하고 자체적으로 침착되거나 부착되고/되거나 표면에서 성장한 파울링을 방출한다. 이것은 전형적으로 이들 활성 중 하나만을 나타내는 선행 기술 파울링방지 코팅에 비해 상당한 이점이다. 실제로, 코팅의 성분 (열경화와 비교하면)은 음의 표면 에너지를 생성하여 표면에 부착하기 어렵게 하고, 또한 매우 매끄러운 부착 방지 표면을 제공하여, 파울링 방출을 촉진한다.
다기능성 코팅의 저-마찰 성질은 또한 습한 환경에서, 특히 코팅된 부품의 공기/유체역학적 성능이 중요한 적용에서 유리하다. 실제로, 그러한 경우, 더 낮은 마찰 계수는 더 높은 속도를 달성하고 연료 소비를 감소시키고 더 높은 효율을 달성하기 위해 바람직하다. 코팅의 성분 (열경화와 비교하면)은 코팅의 마찰 계수를 감소시키고 고체 윤활제로서 작용한다.
다기능성 코팅의 향상된 기계적 성질은 또한 코팅의 유용한 수명을 연장할 수 있고 얇은 다기능성 코팅을 허용할 수 있기 때문에 유리하다. 구현예에서, 다기능성 코팅은, 예를 들어, 진동에 의해 야기되는 충격 및 손상에 대해 우수한 내성을 나타낸다.
다기능성 코팅은 또한 상이한 기재에 잘 부착된다.
구현예에서, 다기능성 코팅은 견고하고 강한 중합체 매트릭스, 매우 매끄럽고 미끄러운 표면 마감, 반짝이고 약간 광택이 있는 외관, 강한 접착 성질, 큰 내식성 및 큰 파울링-방출 성질을 나타내고, 이들은 얇다. 실제로, 다른 복합 첨가제, 예컨대 탄소 섬유, 흑연, 탄산칼슘 등을 포함하는 다른 수지와 비교하여, 다기능성 코팅은 확실히 우수하다.
마지막으로, 다기능성 코팅 (22)이 프라이머에 직접 적용되거나 기재에 직접 적용될 수 있다는 사실 (개재 층, 예를 들어, 타이 코트가 없음)이 본 발명의 또 다른 이점이라는 점에 유의해야 한다.
다양한 정의
본 발명을 설명하는 맥락에서 (특히 다음 청구범위의 맥락에서) 용어 "a" 및 "an" 및 "the" 및 유사한 지시어의 사용은 본원에서 달리 표시되거나 문맥에 의해 명확하게 모순되지 않는 한, 단수와 복수 둘 다를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
용어 "포함하는 (comprising)", "갖는", "포함하는 (including)", 및 "함유하는"은 달리 언급되지 않는 한, 개방형 용어 (즉, "포함하지만 이에 제한되지 않음"을 의미함)로 해석되어야 한다.
본원에서 값의 범위를 인용하는 것은 본원에서 달리 지시하지 않는 한, 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 지칭하는 약칭 방법으로서의 역할만을 할 뿐이고, 각각의 개별 값은 마치 본원에서 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 포함된다. 범위 내의 모든 서브세트 값은 또한 마치 본원에서 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 포함된다.
본원에서 제공된 임의의 및 모든 예 또는 예시적인 언어 (예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것이며 달리 청구되지 않는 한, 본 발명의 범위에 제한을 두지 않는다.
명세서의 어떠한 언어도 본 발명의 실행에 필수적인 것으로 주장되지 않은 임의의 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다.
본원에서, 용어 "약"은 이의 일반적인 의미를 갖는다. 구현예에서, 이는 적격 수치 값의 ± 10% 또는 ± 5%를 의미할 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 발명의 다른 목적, 이점 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 주어진 이의 특정 구현예에 대한 다음의 비제한적인 설명을 읽으면 보다 명백해질 것이다.
예시적인 구현예의 설명
본 발명은 하기 비제한적인 실시예에 의해 더 상세히 설명된다.
실시예 1 - 본 발명의 코팅 및 비교 코팅의 제조
316 합금 스테인리스-강철로 만들어진 기재가 사용되었다. 먼저, 기재를 샌딩, 부착물 제거 및 건조시켰다. 보다 구체적으로, 기재를 실리콘 사포 70-100 그릿으로 샌딩하였다. 이어서, 기재를 아세톤으로 세척하고, 30℃에서 1시간 동안 건조되도록 방치하였다.
이어서, 2개의 코팅 세트를 기재에 적용하였다. 적용된 이 제1 코팅은 프라이머 코팅이었다. 이 프라이머 코팅을 최대 5 mils (127 μm) 두께 (건조)의 2층에 적용하였다. 2개의 프라이머를 시험하였다: International®에 의해 판매되는 Intershield® 300 및 PPG®에 의해 판매되는 Amercoat® 235. Intershield® 300은 범용 프라이머로서 사용하기 위해 판매되는 순수한 에폭시 코팅이다. Amercoat® 235는 2-성분, 다목적 페날카민 에폭시이다. 프라이머 코팅 위에 적용된 제2 코팅은 아래 기재된 바와 같이 조성이 다양하였다. 이 상부 코팅을 최대 14 mils (355.6 v)의 총 건조 코팅 두께를 달성하는데 필요한 층 수에 적용하였다. 프라이머와 상부 코팅 둘 다를 최대 3000 psi의 압력과 0.015 내지 0.025"의 건 스프레이 팁 크기 (gun spray tip size)를 사용하는 에어리스 분무기로 적용하였다.
지방족-비스페놀 A 에폭시 수지를 사용하여 상부 코팅을 제조하였다. 상부 코팅 코팅은 그래핀 나노플레이트렛 (GNP)을 포함하지 않거나 1 내지 15 중량%의 그래핀 나노플레이트렛을 포함하였다. 사용된 그래핀 나노플레이트렛은 두께가 2 내지 30 나노미터였고 (4 내지 60개의 층을 의미함) 플레이크 크기는 1 내지 25 μm 크기였다. 시험된 상부 코팅의 일부는 또한 다음 중 하나 이상을 포함하였다:
ㆍ 10 nm 나노미터 직경의 10 내지 1000 ppm의 은 나노입자
ㆍ 2 내지 20 중량%의 구리 (원소, 입자 크기가 100 μm 미만인 분말로서);
ㆍ 0 내지 6 중량%의 이산화티타늄 나노입자 (금홍석, 99.5%, 10 내지 30 nm);
ㆍ 1 내지 20 중량%의 세피올라이트;
ㆍ 1 내지 20 중량%의 카놀라 오일;
ㆍ 인 (P);
ㆍ 황화아연 (ZnS); 및
ㆍ 알루민산스트론튬 (SrAl2C4).
보다 구체적으로, 다음 코팅을 제조하였다.
제조된 코팅
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
실시예 2 - 파울링 시험
코팅의 파울링에 대한 성능을 결정하기 위해, 코팅된 샘플을 최대 5개월 동안 18℃의 중간 온도로 담염수에 노출시켰다. 샘플을 2주마다 확대사진술로 분석하였다. 파울링 연장은 시각적으로 결정되었고 불량함, 평균, 우수함 또는 탁월함으로 평가되었다. 도 3은 탁월한, 우수한, 평균 및 불량한 효능을 가진 코팅을 나타낸다.
파울링에 대한 효능
Figure pct00009
예를 들어, 도 4는 5개월 노출 후 일부 샘플의 파울링 정도를 나타낸다. 좌측 첫번째 샘플은 블랭크 스테인리스-강철 대조군 샘플이다. 다음 3개의 기재 (좌측으로부터 우측으로)는 AkzoNobel®에 의해 상업적으로 판매되고 제조업체의 지침에 따라 적용되었던 "다계절 보호를 위한 프리미엄 SPC [자체 연마 공중합체] 파울링방지"를 전달하는 것으로 설명된 코팅인 International® Micron 99 코팅을 가졌다. 다음 샘플은 코팅 번호 15에 해당한다. 우측 2개의 샘플은 코팅 번호 13을 가졌다. 도 4에서 International® Micron 99 코팅이 평균 효능만을 가졌음을 알 수 있다.
코팅 번호 1 내지 13 (GNP의 중량%에 따라 다름)을 비교하면, 0.3 중량%의 GNP를 포함하는 코팅 번호 13이 가장 높은 효능을 나타내었다.
코팅 번호 14 및 39 내지 45 (카놀라 오일의 중량%에 따라 다름)를 비교하면, 5 중량%의 오일을 포함하는 코팅 번호 42가 가장 높은 효능을 나타내었다.
실시예 3 - 부식 시험
ASTM G50 - 10(2015)에 따라 코팅의 부식방지 성능을 다음 절차에 따라 시험하였다.
먼저, 코팅 마무리된 경화 후, 샘플을 아세톤 및 면 러그를 사용하여 부착물 제거하였다. 이어서, 샘플 크기와 무게를 측정하였다. 이어서, 각 샘플을 3.5% NaCl (부식성) 용액과 1000시간 동안 접촉시켰다. NaCl 용액을 기간 동안 6일마다 교체하였다. 샘플을 용액으로부터 제거하고, 상기 기재된 바와 같이 다시 ?歌」? 제거하였다. 이어서, HCl을 사용하여 부식된 샘플 부분을 제거하고 샘플의 무게를 안정화시켰다. 마지막으로, 부식률 (단위: mm/년)은 다음 식을 사용하여 계산된다:
Figure pct00010
상기 식에서, K는 부식률이고, W는 그램 단위의 질량 손실이고, A는 샘플의 표면적이고 (0.01 cm2), T는 노출 시간이고, D는 g/cm3 단위의 밀도이다.
또한, 부식 전류 밀도 (단위: μA/cm2)를 Tafel 기울기 분석을 사용하여 계산하였다.
결과는 아래 표에 요약되어 있다.
부식 측정
Figure pct00011
[GNP의 첨가는 에폭시-기반 재료의 부식 방지를 증가시켰다. 예를 들어, 8 중량% GNP의 존재는 약 20배 정도의 내식성을 증가시켰다. 실제로, 코팅 번호 1 내지 13 중, 코팅 번호 8이 최대 내식성을 나타내었다.
코팅 번호 14 및 39 내지 45 (카놀라 오일의 중량%에 따라 다름)를 비교하면, 5 중량%의 오일을 포함하는 코팅 번호 42가 가장 낮은 부식률과 가장 낮은 lcorr 중 하나를 나타내었다.
실시예 4 - 코팅의 미세구조
코팅의 미세구조는 코팅의 다양한 성분이 코팅에 얼마나 잘 분산되었는지를 나타내기 위해 주사 전자 현미경 SEM (모델 S-4700, Hitachi High Technologies, Inc., Tokyo, Japan)을 사용하여 분석하였다. 실제로, 500x 대물렌즈를 사용하여 코팅 표면을 관찰하면, 미크론 수준에서 GMP의 분산을 관찰할 수 있었다.
본 발명자들은 GNP가 코팅에서 다양한 분산 정도를 나타낸다는 것을 관찰하였다. 예를 들어, 도 5a)는 잘 분산된 GNP가 있는 코팅을 나타내는 반면, 도 5b)는 잘 분산되지 않은 GNP가 있는 코팅을 나타낸다.
본 발명자들은 코팅 번호 1 내지 13 중에서, 코팅 번호 13이 주사 전자 현미경으로 관찰했을 때 가장 좋은 GNP 분산을 나타내었음을 주목한다. 결과는 아래 표에 보고되어 있다.
코팅 내 분산
Figure pct00012
실시예 6 - 마찰 계수
코팅의 마찰 계수를 ASTM D7027-13에 따라 UMT (Universal Micro Tribometer)를 사용하여 결정하였다. 이 시험은 상온에서 그리고 상대 습도 40 내지 50%에서 0.166 mm/s의 속도로 5 mm의 단일 패스로 코팅의 표면 상에 직선 운동으로 슬라이딩하는 다이아몬드 압자를 사용하였다. 이 슬라이딩 시험에서, 스크래치 트랙을 생성하기 위해 반경 200 μm의 Rockwell 다이아몬드 압자 팁을 사용하여 코팅 표면에 대해 아래로 하중 (1, 5, 10, 또는 30N)을 가한다. 이어서, 장치와 함께 제공되는 소프트웨어를 사용하여 압자 깊이 대 각 지점에 적용된 힘으로부터 마찰 계수 (μ)를 계산하였다.
에폭시 수지는 전형적으로 높은 마찰 계수를 갖는다. 일부 구현예에서, 본 발명의 코팅은 전형적으로 감소된 마찰 계수를 갖는다. 예를 들어, 마찰 계수 (μ)는 에폭시 수지 단독 (코팅 번호 12 도 6)의 경우 0.07로부터 코팅 번호 14의 경우 0.009로 감소하는 것이 바람직하다 (도 7).
측정된 마찰 계수는 다음과 같았다:
마찰 계수 (μ)
Figure pct00013
본 발명자들은 코팅 번호 1 내지 13 중에서, 코팅 번호 13이 가장 낮은 마찰 계수를 나타내었음을 주목한다.
코팅 번호 12, 13 및 14를 비교하면, 본 발명자들은 코팅 번호 14가 가장 낮은 마찰 계수를 나타내었음을 주목한다.
코팅 번호 14 및 39 내지 45 (1 내지 20 중량% 오일 포함)를 비교하면, 본 발명자들은 코팅 번호 42 (5 중량% 오일)가 가장 낮은 마찰 계수를 나타내었음을 주목한다.
실시예 7 - 코팅의 기계적 성질
코팅의 기계적 시험을 다음 사항에서 측정하였다:
파괴 인성 (KIC)
파괴 인성 KIC를 ASTM D 5045-99에 따라 측정하였다. 모든 시험에서 10 mm/분의 하중 속도를 사용했으며 시험 과정에서 하중 값과 하중-포인트 변위를 자동으로 기록하였다. 이 시험은 강철 압자를 사용하여 표면 균열이 발생했으며 이는 밀리초 범위 내에서 장치에 의해 기록되었다. 이어서, 데이터 수집 시스템에 의해 결과가 제공되었다.
영률
영률을 ASTM D 638-08에 따라 측정하였다. 시험 장치는 MTS systems® Co., Ltd. (China)에서 만든 유형 CMT5504 재료 시험 기계이며, LVDT 변환기를 시편 양쪽에 설정하여 게이지 길이의 변화를 얻었다. 시험을 위해 5 mm/분의 하중 속도를 선택하였다.
굽힘 강도
기계적 3-포인트 굽힘 시험은 사내 시스템을 사용하여 수행되었다. 5 kN의 하중 셀을 사용하였고, 2개의 고정된 지지점 사이의 거리는 50 mm이었고, 속도는 2.00 mm/분이었다. 6개의 직사각형-형상 시편은 길이 80±2 mm, 길이 10±2 mm 및 두께 4±2 mm이었고, 이들을 ISO 178: 1993(E) 표준에 따라 사용하였다. 하중은 직사각형 시편으로부터 평균 40 mm 거리에 위치한 제3 이동식 지지대에 의해 수행되었다. 하기 식을 사용한 굽힘 강도 결정:
Figure pct00014
상기 식에서, σ는 굽힘 강도 (단위: MPa)이고, F는 파열 하중 (단위: N)이고, L은 지지 간격 (단위: m)이고, b는 시편의 폭 (단위: m)이고, d는 시편의 두께 (단위: m)이다.
기계적 성질 시험의 결과는 아래 표에 요약되어 있다.
기계적 성질
Figure pct00015
Figure pct00016
본 발명자들은 GNP 함량이 증가할 때 파괴 인성 K(ic), 인장 강도 및 굽힘 강도의 일반적이고 현저한 증가를 주목한다. 최대 인장 강도 및 파괴 인성에 대한 GNP 함량은 6%로 밝혀졌다. 최대 굽힘 강도에 대한 GNP 함량은 9%였다.
실시예 8 - 어두운 곳에서 빛
인, ZnS 및 SrAl2O4를 함유하는 코팅 번호 24는 어두운 곳에서 빛나는 것으로 밝혀졌다. 이것은 이러한 특징으로 코팅을 생성할 수 있는 가능성을 입증한다.
실시예 9 - 코팅 성질을 조절하기 위해 GNP 함량 조정
상기 보고된 바와 같이, 본 발명자들은 실시예 2 내지 7에 기재된 방식으로 실시예 1의 코팅의 그래핀 분포, 인장 강도, 압입 파괴 저항, 굽힘 강도, 마찰 계수, 파울링-방출 성능, 및/또는 내식성을 측정하였다.
코팅 번호 1 내지 13은 코팅 성능에 대한 GNP 농도의 영향을 연구할 수 있었다. 본 발명자들은 코팅 번호 1 내지 13 중에서, 다음을 밝혀냈다:
ㆍ 코팅 번호 13 (0.3 중량% GNP 포함)은 최고의 그래핀 분포 및 최대 마찰 계수를 나타내었다;
ㆍ 코팅 번호 5 (5 중량% GNP 포함)는 최대 파울링-방출 효능을 나타내었다;
ㆍ 코팅 번호 6 (6 중량% GNP 포함)은 최대 인장 강도 및 최대 압입 파괴 저항을 나타내었다;
ㆍ 코팅 번호 8 (8 중량% GNP 포함)은 최대 내식성을 나타내었다;
ㆍ 코팅 번호 9 (9 중량% GNP 포함)는 최대 굽힘 강도를 나타내었다.
따라서, 코팅의 GNP 함량은 상기 성질 중 하나 또는 다른 성질이 강화되거나 억제되는 코팅을 달성하기 위해 필요에 따라 변경될 수 있다.
실시예 10 - 코팅 접착력
본 발명자들은 ASTM D3359-17 (테이프 시험에 의한 접착력을 평가하기 위한 표준 시험 방법)에 따라 본 발명의 코팅의 접착력을 시험하였다. 이 시험 방법은 필름에서 만든 절단부위 위에 감압 테이프를 적용하고 제거함으로써 금속 기재에 상대적으로 연성 코팅 필름의 접착력을 평가하는 절차이다.
샌드블라스팅된 강철 플레이트를 Intershield 300 프라이머 한 층과 본 발명의 코팅 한 층으로 코팅하였다. 프라이머를 본 발명의 코팅이 적용되기 전에 상이한 샘플에서 상이한 기간 동안 건조되도록 하였다: 3시간 (터치 건조), 5시간, 7시간, 9시간 및 1일. 또한, 하나의 강철 플레이트에는 프라이머가 전혀 없고, 본 발명의 코팅으로만 코팅하였다. 본 발명의 코팅을 밤새 건조시킨 후, 전체 코팅 시스템을 테이프 시험을 사용하여 시험하였다.
시험된 코팅은 실시예 1에 기재된 바와 같이 코팅 번호 1 내지 24이었다.
강철 플레이트 상의 코팅 시스템의 총 두께는 약 325 μm이어서 ASTM D3359-17에 명시된 시험 유형 A를 수행하였다. 시험 방법 A 하에, 필름을 통해 기재까지 X-절단부위를 만들고, 절단부위 위에 감압 테이프를 붙인 다음, 제거한다. 시험 결과는 통과이거나 실패이다. 시험된 모든 코팅은 시험을 통과하였다.
도 8은 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 3시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다. 도 9는 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 5시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다. 도 10은 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 7시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다. 도 11은 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 9시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다. 도 12는 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 24시간 건조 시간 후 본 발명의 코팅을 나타낸다. 도 13은 (하단) 테이프 시험 a) 전 및 b) 후 기본 프라이머가 없는 본 발명의 코팅을 나타낸다. 모든 경우에, 테이프를 제거한 후 코팅이 눈에띄게 벗겨지거나 박리되지 않았다. (도 12 및 13에서, 테이프 접착제의 일부 입자가 샘플에 남아 있다.)
시험 유형 B (전형적으로 125 μm보다 두꺼운 필름에 적합하지 않은 것으로 간주됨)도 시도되었다. 시험 방법 B 하에, 필름을 통해 기재까지 절단부위가 격자 패턴의 형태로 각 방향으로 6개 또는 11개 절단부위가 있다는 것을 제외하면, 일반적인 목적은 동일하다. 시험 방법 A와 유사하게, 감압 테이프를 격자 패턴 위에 적용한 다음, 제거한다. 이 시험에서, 그리드를 절단하면 도 14에 나타낸 바와 같이 직사각형의 코팅이 샘플에서 벗겨졌다 (테이프를 적용/제거할 필요가 없음). 그럼에도 불구하고 본 발명자들은 그리드 절단이 기재 금속을 직접 노출시키는 것을 관찰하였다. 따라서, 본 발명자들은 본 발명의 코팅이 에폭시-기반 프라이머에 매우 강하게 결합된 것처럼 보이지만, 프라이머는 강철 플레이트에 덜 접착 된 것처럼 보인 것으로 결론을 내린다.
실시예 11 - 코팅 안정성
본 발명자들은 실시예 1에 기재된 바와 같이 코팅 번호 1 내지 24로 코팅된 시험 샘플을 3.5 중량% NaCl 물 수용액에 3개월 동안 노출시켰다. 본 발명자들은 코팅 두께가 변하지 않았고 코팅이 안정적이고 시간 경과에 따라 열화하지 않았음을 나타내는 것을 관찰하였다. 즉, 코팅 성분이 환경에 침출되지 않았다.
실시예 12 - 용수로 탱크 평가
이 실험은 기관 (Fisheries and Marine Institute, St. John's, NL, Canada)에서 2018년 3월 1일부터 2일까지 수행되었다. 목적은 본 발명의 코팅에 의해 알루미늄 플레이트에 유도된 항력을 평가하는 것이었다. 실제로, 본 발명의 3개의 상이한 코팅 (실시예 1에 기재된 바와 같은 번호 13, 14, 및 23)뿐만 아니라 비교를 위해 샌드블라스팅된 알루미늄 플레이트 ("샌드블라스팅된 대조군 플레이트")를 조사하였다.
아래에, 본 발명자들은 본 발명의 코팅의 유체역학적 성능을 측정하기 위해 Marine Institute 용수로 탱크에서 수행된 비교 실험의 결과를 보고한다.
방법
시험 설정
도 15 (화살표는 물 유동 방향을 나타냄)에 나타낸 시험 설정에는 용수로 탱크의 수면 위에 위치한 용수로 탱크의 서비스 캐리지 아래에 잠긴 수평 위치에 코팅된 플레이트를 고정하는 것이 포함되었다. 크기가 1.2 m x 2.4 m인 수평 플레이트를 강성 프레임으로 지지하였다. 강성 프레임은 저 마찰 베어링을 위한 지지 구조였으며, 이는 물 속도에 따라 플레이트가 세로 방향으로 미끄러지도록 허용하고, 그 결과 항력이 플레이트를 분 거리만큼 다운스트림으로 이동시킨다. 시험 플레이트의 앞쪽 가장자리에는 모서리에 2개 구멍이 뚫려 있다. 이들 2개의 구멍은 1.2 m 렉 (leg)이 있는 1 mm 직경의 PVC 코팅된 케블라 브라이들 (Kevlar bridle)에 대한 연결 포인트였다. 이 V-브라이들을 탱크 입구 (mouth)에 위치한 소형 S-유형 하중 셀에 플레이트를 연결하는 두번째 6 m 길이의 단일 브라이들에 연결하였다. 하중 셀을 견인 마스트 (towing mast)에 부착하였고, 측정 범위는 11.4 kgf (25 lbf)였다. 하중 셀의 범위가 측정될 예상 범위를 훨씬 초과했지만, 실질적으로 보다 무거운 시험 플레이트로부터 발생할 수 있는 시험 설정 동안 충격 하중으로 인한 하중 셀 손상 가능성을 최소화하면서 정확한 측정 결과를 효과적으로 제공하기 위해 이득이 적용되었다.
실험 설계는 2개의 개별 시험 프레임에서 동시에 2개의 플레이트를 시험하는 것을 포함하였다. 이러한 방식으로, 2개의 코팅된 플레이트를 직접 비교할 수 있다. 시험 프레임 효과로 인한 임의의 오류를 최소화하기 위해, 의도는 각 시험 프레임에서 각 플레이트를 시험할 전체 속도 범위에서 적어도 1회 실행하는 것이었다. 평가된 플레이트 크기에 대해 시험한 속도 범위의 경우, 레이놀즈 수 (Reynold number)는 1.2 x 106 내지 2.78 x 106이다.
대형 상업용 배의 전형적인 프루드 수 (Froude number)가 대략 0.15 내지 0.35개임을 감안할 때, 이 실험은 작동 영역에 가까운 0.106 내지 0.237 범위에서 진행된다.
초기 설계
초기 설계는 12개의 스터드-장착된 모든-위치 볼 트랜스퍼 베어링 (transfer bearing)으로 플레이트를 지지하였다; 플레이트의 밑면에 6개의 베어링 및 플레이트의 윗면에 6개의 베어링. 플레이트의 윗면에 베어링은 더 높은 시험 속도에서 존재할 수 있는 유체역학적 양력 (lift force)이 발생하는 경우 플레이트의 수직 이동을 제한하기 위한 것이다. 플레이트 가장자리의 좌측과 우측에 위치한 4개의 작은 베어링은 시험 동안 플레이트가 측면으로 이동하는 경우 플레이트의 움직임을 제한하였다.
시험 장치의 초기 설계는 전산 유체 역학 소프트웨어 (Ansys Fluent®)의 출력에 의해 제안된 예비 하중 데이터를 기반으로 특정 가정을 하였다. 이 가정은 용수로 탱크 시험 (2 m2　대 2.97 m2) 동안 시험한 크기보다 작은 크기의 플레이트에 대해 마주치는 하중이 상당히 더 높을 것이라는 것이었다. 2018년 2월 28일 용수로 탱크에서 시험 첫날 동안 취한 예비 측정은 이러한 예측이 용수로 탱크 시험 동안 측정된 실제 힘보다 상당히 더 컸음을 시사하였다. 그 결과, 원래 시험 장치는 반복 가능하고/하거나 정확한 시험 결과를 생성하는 데 부적절함을 입증하였다. 이 첫 번째 새로운 설계가 가진 문제는 수평으로 설치된 4.8 mm (3/16") 알루미늄 플레이트(들)를 지지하는 베어링의 과도한 마찰과 관련이 있다는 것이 널리 인식되었다. 그 결과, 시험 첫날 이후에 시험 프레임에 대한 변형이 이루어졌다.
수정된 설계
수정된 설계는 베어링의 마찰을 감소시키는데 중점을 두었다. 보다 전통적인 깊은 홈 볼 베어링 유형을 외경 22 mm, 보어 8 mm, 및 베어링 폭 7 mm인 608z 베어링을 사용하여 채택하였다. 이들 베어링은 원래 설계의 베어링을 대체하고 마찰을 감소시켜 자유롭게 회전하는 지지 표면을 개선하였다.
시험이 2018년 3월 2일에 시작되기 전에 시험 설정이 2차 조정되었다. 여기에는 초기 설계 평가의 데이터 출력이 시사하는 바와 같이 하중 셀을 더 낮은 최대 범위로 재교정하는 것이 포함되었다.
수정된 설계로 시험 과정에 대한 수정도 구현되었다. 초기 설계를 사용한 시험은 속도를 낮은 값으로부터 높은 값으로 증가시키는 것이 속도의 제곱에 대해 플롯팅할 때 선형 결과를 제공하지 않음을 시사하였다. 더 빠른 속도로 시험을 시작하고 점차적으로 감소된 속도로 추적하면 데이터의 선형성이 크게 향상되었다. 항력은 이론적으로 속도 제곱과 선형이므로, 이것이 속도 적용의 선택된 방법이었다. 이러한 발견은 주로 베어링의 마찰 히스테리시스로 인한 것이지 하중 셀에 존재하는 보다 통상적으로 정의된 히스테리시스 때문이 아니라는 것을 시사한다.
이 변형된 설계는 시험 동안 검출된 개선된 임계 속도에 의해 입증된 바와 같이 초기 설계보다 우수한 설계임을 입증하였다. 임계 속도는 속도가 0 m/s로부터 증가함에 따라 하중 측정 장치로부터 유용한 데이터를 수집할 수 있는 속도이다. 더 낮은 임계 속도는 시험 장치 및/또는 측정 장치의 개선을 나타낸다.
결과
항력 결정 - 유도된 속도
수정된 설계 시험 장치로 추가 사전-시험이 완료된 후, 시험을 2개의 시험 프레임 중 1개만으로 제한하기로 결정하였다. 2개의 프레임 사이에서만 비교 가능한 데이터가 부족하여 시험 결과의 해석이 모호해졌다. "우현 프레임"은 두 프레임 중 가장 좋은 옵션으로서 선택된 프레임이었지만, 두 프레임을 동시에 사용하여 결정하기 전에 완료된 시험은 초기에 실험을 괴롭혔던 일부 문제를 결정하는 데 아주 도움이 되었다.
결과는 도 16에서 그래픽으로 볼 수 있으며 요약된 시험 데이터는 아래 표에서 확인할 수 있다.
Figure pct00017
* 플롯팅된 데이터로부터 생략된 특이값
1.04 m/s 미만의 속도의 경우, 코팅 번호 14 시험 플레이트는 가장 낮은 항력을 가졌고, 이어서 샌드블라스팅된 대조군 플레이트, 코팅 번호 13 플레이트 및 마지막으로 코팅 번호 23 시험 플레이트였다. 1.04 m/s를 초과하는 속도의 경우, 결과는 상이하다. 결과는 레이놀즈 수가 시험한 모든 속도에 대한 난류를 나타내지만 이 시험 속도 초과의 유동 단계에 변화가 있음을 시사한다.
도 16에서 가장 낮은 기울기를 갖는 플레이트는 가장 낮은 항력 계수를 갖는다. 1.16 m/s 초과의 속도에 대한 외삽은 코팅 번호 23 플레이트의 항력 계수가 가장 낮고, 이어서 코팅 번호 13 코팅된 플레이트, 샌드블라스팅된 플레이트 및 마지막으로 코팅 번호 14 코팅된 플레이트임을 시사한다.
항력 결정 - 정적 베어링 마찰 극복
플레이트 간의 항력을 비교하는 두 번째 방법이 평가되었다. 여기에는 플레이트 항력이 지지 베어링의 고유한 정적 마찰을 극복하는 물 속도를 결정하는 것이 포함되었다. 시험 플레이트는 업스트림 견인 지점으로 전달되는 상당한 하중 없이 하중 셀에 연결되었다. 물 속도의 증가는 0.065 m/s의 증가로 적용되었고 플레이트 마찰이 지지 베어링의 정적 마찰을 초과하는 해당 속도가 기록되었다 (즉, 하중 셀에서의 항력 값이 증가됨). 기록된 속도는 이전 섹션의 표 하단 행에 나타낸다. 데이터는 코팅 번호 23 시험 플레이트의 항력이 가장 낮았고 이어서 코팅 번호 14 시험 플레이트에 이어, 샌드블라스팅된 대조군 플레이트에 이어서 코팅 번호 13 플레이트로 제시한다.
마찰 계수
마찰 계수를 계산하고 도 17의 ITTC-1957 라인 마찰 계수와 비교하였다. ITTC는 물리적 및 수치적 실험 결과를 기반으로 선박 및 해양 시설의 유체역학적 성능 예측을 위한 권장 절차 및 가이드라인을 발행하는 협회인 국제 수조 회의 (International Towing Tank Conference)이다.
결과는 코팅 번호 23이 더 낮은 저항 값을 갖고 코팅 번호 13이 ITTC 마찰 계수보다 9.2% 더 높다는 것을 나타낸다. 코팅 번호 14는 샌드블라스팅된 샘플보다 높은데, 이는 예상치 못한 일이다.
실시예 16 - 산업용 코팅 적용 및 분산
표준 산업용 에어리스 스프레이 기계를 사용하여 코팅을 성공적으로 적용하였다. 또한, 현장 환경을 사용하여 얻은 분산 정도를 관찰하기 위해 분산 분석하였다. 분무 성능 시험을 위해, 1000 내지 2500 psi의 압력을 사용하였고 0.023" 내지 0.031" 사이의 팁 노즐을 사용하였다. 분산 정도는 주사 전자 현미경으로 관찰하고 ("밝은 플레이크"의 도 18은 그래핀 나노플레이트렛을 나타내는 반면 어두운 상은 수지를 나타냄) 코팅 표면 품질 결과는 도 19에서 관찰할 수 있다.
실시예 1에 기재된 바와 같이 코팅 번호 14를 이 실험에 사용하였다.
실시예 17 - 표면 품질
전체 표면 특징화는 코팅 번호 14가 전반적인 부드러움이 가장 우수했음을 나타내었다. 이것은 전체 표면의 광택으로 관찰될 수 있다. 표면 품질은 이러한 미적 인자뿐만 아니라 견인 탱크 아래의 낮은 마찰 성능도 특징화된다 - 실시예 12 참조.
실시예 18 - 습윤 시험
본 발명의 코팅의 습윤성을 ASTM D7490-13에 따라 측정하였다. 코팅 두께가 ~119 μm인 코팅 번호 14를 갖는 샘플 및 International Paint®로부터의 Intersleek® 1100SR 코팅을 갖는 샘플에서 10 ㎕의 탈이온수 (D1) 또는 염분 해양수를 사용하여 정적 접촉각을 측정하였다.
접촉각은 고체/액체 계면과 액체/증기 계면 사이에 형성된 각이다.
본 발명자들은 표면에 별도의 3방울의 탈이온수 또는 해양 염수를 생성하고, 각 방울에 대한 접촉각을 측정하여 총 6개의 각도 측정치를 얻었고 디지털 현미경을 사용하여 10초 이내에 캡처하였다. 정적 접촉각을 형성된 각도에서 2차원적으로 OnScreenProjector® 소프트웨어를 사용하여 측정하였다. 비대칭 방울의 경우 (방울의 양측에서 2° 이상 떨어진 측정), 결과를 폐기하였고 새 방울로 시험을 반복하였다. 모든 실험을 표준 실온 (약 23℃) 및 상대 습도 ≤ 50% 하에서 수행하였다.
결과는 아래 표에서 확인할 수 있다.
습윤 각도
Figure pct00018
도 20은 코팅 번호 1 내지 16에 대해 측정된 탈이온수 접촉각을 나타낸다 (실시예 1에 기재된 바와 같음). 코팅 번호 42는 가장 높은 접촉각을 나타내었다.
도 21은 코팅 번호 14 (실시예 1에 기재된 바와 같음) 및 Intersleek 1100SR 코팅에 대해 측정된 탈이온수 및 해양수 접촉각을 나타낸다. 이 도면에서 코팅 번호 14는 탈이온수 (144° 대 135°)에 대한 Intersleek® 1100SR 코팅보다 더 큰 접촉각과 해양수에 대한 훨씬 더 큰 접촉각 (136 ° 대 101 °)을 나타내는 것을 알 수 있다.
실시예 19 - 생물막 성장
ASTM E2562-17에 따라 생물막 성장을 시험하였다.
보다 구체적으로, CDC 생물막 반응기 (BioSurface® Technologies, Bozeman, MT, USA)는 현장 외 벤치-규모 실험에 사용되었다. 1-L 유리 용기는 대략 350-mL의 부피 용량을 제공하였으며 폴리프로필렌 삽입물은 각각 직경 1.27 cm, 두께 0.3 cm 쿠폰 3개를 수용할 수 있는 8개의 제거 가능한 막대를 지지하였다; 조립된 반응기는 도 22에서 볼 수 있다 (A: 쿠폰 및 B: 반응기).
연동 펌프와 PharMed BPT 튜빙 (Cole Parmer, Montreal, CA)을 사용하여 해양수를 반응기로 지속적으로 운반하였다. CDC 반응기와 함께 사용된 쿠폰은 탄소 강철로 만들어졌으며 대조군으로 코팅되지 않은 채로 두거나 하기 코팅 중 하나로 코팅되었다: Intersleek® 1100SR, 코팅 번호 1 내지 14 및 39 내지 45.
블랭크 쿠폰의 표면으로부터 생물막에서의 ATP 농도는 시험 시간 (3개월임)에 따라 증가하였다. 결과는 도 23에 나타낸다. ATP 농도는 본 발명의 코팅을 사용하여 코팅된 샘플에서 가장 낮았다. 코팅 번호 13, 14 및 39 내지 45는 Intersleek® SR로 얻은 것보다 낮은 ATP 농도를 나타냈다. 평균 최저 ATP 생물막은 코팅 번호 41이었다.
실시예 20 - 현장 시험
코팅 번호 14를 페인트 브러시와 롤러를 사용하여 42 피트 요트의 선체에 적용하였다. 250 μm의 건조 필름 두께 (DFT)를 얻었다. 도 24a) 및 b)는 각각 코팅되는 선체와 코팅된 선체를 나타낸다.
중앙 온도 17℃ (15 내지 20℃)로 대서양에서 시험했을 때 6개월 동안 해양 유기체를 성공적으로 예방하였다. 또한, 마찰의 직접 3% 감소 및 연료 소비 개선이 관찰되었다.
실시예 21 - 프라이머 코트가 없는 코팅
본 발명자들은 코팅 번호 42 단독으로 프라이머 없이 시험하였으며, 즉, 316 합금 스테인리스 강철로 만들어진 기재 위에 직접 코팅하였다. 코팅은 상기 실시예에서 보고된 프로토콜에 따라 시험할 때 우수한 접착력, 파울링 방출 성능 및 부식 성능을 나타냈다.
코팅은 상기 논의된 코팅 번호 42 (프라임 포함)와 동일한 접착력 및 파울링-방출 성능을 가졌다. 내식성이 더 낮은 유일한 의미있는 차이는 아래 표를 참조한다.
Figure pct00019
청구항의 범위는 실시예에 제시된 바람직한 구현예에 의해 제한되어서는 안되지만, 전체적으로 설명과 일치하는 가장 넓은 해석이 주어져야 한다.
참조문헌
본 설명은 다수의 문헌을 참조하고, 그 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 이들 문헌은 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
Figure pct00020
Figure pct00021

Claims (98)

  1. 다기능성 코팅을 제조하기 위한 코팅 조성물로서, 상기 코팅 조성물은 다음의 혼합물을 포함하는, 코팅 조성물:
    ㆍ 열경화성 수지 시스템,
    ㆍ 그래핀 나노플레이트렛 (nanoplatelet), 및
    ㆍ 천연 또는 합성 오일,
    여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 열경화성 수지 시스템에 분산되어 있다.
  2. 열경화성 수지 시스템을 이용한 다기능성 코팅을 제조하기 위한 코팅 조성물 제조용 키트로서, 상기 키트는 다음을 포함하는, 키트:
    ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
    ㆍ 천연 또는 합성 오일.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템을 추가로 포함하는, 키트.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템에서 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일을 분산시키기 위한 설명서를 추가로 포함하는, 키트.
  5. 기재 (substrate)의 표면 상에 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트를 제조하기 위한, 제1항 및 제4항 중 어느 한 항의 조성물 또는 키트의 용도로서, 상기 다기능성 코팅은 다음을 포함하는, 용도:
    ㆍ 열경화성 수지 (thermosetting resin) 시스템을 경화시켜 수득된 열경화 수지 (thermoset resin),
    ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
    ㆍ 천연 또는 합성 오일,
    여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 열경화 수지에 분산되어 있다.
  6. 기재의 표면을 코팅하기 위한 코팅 시스템으로서, 상기 코팅 시스템은 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트를 포함하며, 여기서, 상기 다기능성 코팅은 다음을 포함하는, 코팅 시스템:
    ㆍ 열경화성 수지 시스템을 경화시켜 수득된 열경화 수지,
    ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
    ㆍ 천연 또는 합성 오일,
    여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 열경화 수지에 분산되어 있다.
  7. 기재를 포함하는 코팅된 기재로서, 여기서, 상기 기재의 표면은 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트로 코팅되고, 상기 다기능성 코팅은 다음을 포함하는, 코팅된 기재:
    ㆍ 열경화성 수지 시스템을 경화시켜 수득된 열경화 수지,
    ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
    ㆍ 천연 또는 합성 오일,
    여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 열경화 수지에 분산되어 있다.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트는 상기 열경화 수지 상에 그래프팅되는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 지방 아미드는 상기 열경화 수지에 분산되어 있는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재의 표면과 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 프라이머 코팅이 없는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재의 표면과 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 타이 코트가 없는 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  12. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재의 표면과 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 프라이머 코팅의 적어도 하나의 코트를 추가로 포함하는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  13. 제12항에 있어서, 프라이머 코팅의 2개의 코트를 포함하는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프라이머 코트와 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 타이 코트가 없는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  15. 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅의 적어도 2개의 코트를 포함하는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  16. 제5항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트는 함께 약 1 μm 내지 약 400 μm, 바람직하게는 약 100 μm 내지 약 200 μm의 총 두께를 갖는, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  17. 제5항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 습한 환경에서 사용하기 위한 것인, 방법, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  18. 제5항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 해양 장비, 습한 환경에서 사용하기 위한 센서, 자동차 부품, 농업 장비, 수산양식 장비, 수력 발전 장비, 또는 오일-가스 산업 장비, 바람직하게는 해양 장비 또는 습한 환경에서 사용하기 위한 센서인, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  19. 제5항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 해양 장비는 보트, 선박 (ship) 또는 배 (vessel) (바람직하게는 이의 선체 (hull) 또는 밸러스트), 부표, 피시 트랩 (fish trap), 수중 장비 또는 잠수함; 바람직하게는 선박 선체 (ship hull)인, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템은 경화제 및 열경화성 수지를 포함하는 2 액형 (two-part) 열경화성 수지 시스템이고, 여기서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 경화제 및 상기 열경화성 수지 중 하나 또는 이 둘 다에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  21. 제20항에 있어서, 상기 천연 또는 합성 오일의 적어도 일부는 상기 열경화성 수지에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  22. 제20항에 있어서, 상기 천연 또는 합성 오일의 적어도 일부는 상기 경화제에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  23. 제20항에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 상기 천연 또는 합성 오일은 상기 경화제에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 지방 아미드는 상기 경화제에 분산되어 있는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  25. 제21항 또는 제22항에 있어서, 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트는 상기 열경화성 수지 상에 그래프팅되는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  26. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템은 1 액형 (one-part) 열경화성 수지 시스템인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  27. 제26항에 있어서, 지방 알킬 또는 알케닐 카복실레이트는 1 성분 열경화성 수지 시스템에 함유된 상기 열경화성 수지 상에 그래프팅되는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 1 액형 열경화성 수지 시스템은 열-경화 가능한 열경화성 수지 시스템인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  29. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열경화성 수지 시스템은 알릴 수지, 아미노 수지, 폴리에스테르 수지, 비스-말레이미드 수지, 시아네이트 에스테르 수지, 에폭시 수지, 푸란 수지, 페놀 수지, 폴리우레아 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 또는 비닐 에스테르 수지를 포함하고, 바람직하게는 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 또는 에폭시 수지, 보다 바람직하게는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지, 및 가장 바람직하게는 에폭시 수지인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  30. 제19항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 지방족-비스페놀 A 에폭시 수지인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛은 최대 30 nm 두께, 바람직하게는 2 내지 30 nm 두께이고, 약 1 내지 약 100 μm, 바람직하게는 약 1 내지 약 25 μm의 플레이크 크기를 갖는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량을 갖도록 하는 양으로 그래핀 나노플레이트렛을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  33. 제32항에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  34. 제32항 또는 제33항에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
    ㆍ 약 0.001, 약 0.01, 약 0.1, 약 0.2, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 약 8, 또는 약 9 중량% 이상 및/또는
    ㆍ 약 15, 약 12.5, 약 10, 약 9, 약 8, 약 7, 약 6, 약 5, 약 4, 약 3, 약 2 또는 약 1 중량% 이하.
  35. 제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그래핀 나노플레이트렛 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량%와 약 0.5 중량% 사이, 바람직하게는 약 0.3 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 오일은 폴리알파올레핀 오일, 디에스테르 오일, 폴리올에스테르 오일, 포스페이트 에스테르 오일, 폴리 알킬렌 글리콜 오일, 또는 실리콘 오일인. 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 천연 오일은 알비지아 벤쓰 오일 (Albizia benth oil), 멸치 오일, 아르게모네 오일 (argemone oil), 아보카도 오일, 카놀라 오일, 카파리스 제일라니카 오일 (Capparis zeylanica oil), 카르다민 임페이션스 오일 (Cardamine impatiens oil), 피마자 오일, 코코넛 오일, 코리아리아 오일 (Coriaria oil), 옥수수 오일, 면실 오일, 겨자 오일 (crambe oil), 피시 오일, 포도씨 오일, 대마 오일, 월계수 오일, 레스쿠에롤린산, 아마인 오일, 룸방 오일, 메도우폼 씨드 오일, 메수아 페레아 오일 (Mesua ferrea oil), 미네랄 오일, 머스타드 오일, 님 오일, 올리브 오일, 팜 오일, 땅콩 오일, 퐁가미아 오일, 무 오일, 유채씨 오일, 리시누스 콤무니스 오일 (Ricinus communis oil), 고무씨 오일, 홍화 오일, 산탈룸 알붐 오일 (Santalum album oil), 세바스티아나 커머소니아나 오일 (Sebastiana commersoniana oil), 참깨 오일, 스트로판투스 오일 (Strophantus oil), 대두 오일, 슈거 애플 (아노나 스콰모사 (Annona squamosa)) 오일, 해바라기 오일, 타이거넛 오일, 또는 오동 오일, 바람직하게는 카놀라 오일, 해바라기 오일, 또는 대두 오일, 보다 바람직하게는 카놀라 오일인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  38. 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 천연 오일을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 10 중량%의 오일 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 10 중량%의 오일 함량을 갖도록 하는 양으로 천연 오일 또는 합성 오일을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  40. 제39항에 있어서, 상기 오일 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  41. 제39항 또는 제40항에 있어서, 상기 오일 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
    ㆍ 약 0.1, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 또는 약 7 중량% 이상 및/또는
    ㆍ 약 10, 약 9, 약 8, 약 7, 약 5, 약 4, 약 3 중량% 이하.
  42. 제39항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오일 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 3 중량%와 약 7 중량% 사이, 바람직하게는 약 4 중량%와 약 6 중량% 사이, 보다 바람직하게는 약 5 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  43. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 은 나노입자를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  44. 제43항에 있어서, 상기 은 나노입자는 원소 은 또는 은 염, 바람직하게는 원소 은의 나노입자인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  45. 제44항에 있어서, 상기 은 염은 트리플루오로메탄설포네이트, 은 메탄설포네이트, 은 락트산 염, 은(I) 2-벤조티아졸티올 염, 은 사카린 염, 은 2-시아노-2-하이드록시이미노-아세트아미드 염, 은 4-하이드록시-1 (2H)-프탈라지논 염, 은 2-(4-사이클로헥실부틸)-3-하이드록시-1,4-나프토퀴논, 질산은, 은 바륨 염, 염화은, 탄산은, 사불화붕산은, 황산은, 과염소산은, 요오드화은, 아질산은, 시안화은, 브롬화은, 은 헥사플루오로포스페이트, 불화은(I), 과염소산은 수화물, 크롬산은, 시안산은, 인산은, 티오시안산은, 불화은(II), 은 사이클로헥산부티레이트, 은 헥사플루오로안티모네이트(V), 시트르산은 수화물, 염소산은, 은 헥사플루오로아르세네이트(V), 은(I) 설파디아진, 과염소산은 일수화물, 메타바나딘산은, 또는 과레늄산은(I)인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  46. 제43항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 은 나노입자는 직경이 약 1 내지 약 200 nm, 바람직하게는 약 5 내지 약 200 nm인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  47. 제43항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 1000 ppm의 은 나노입자 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 1000 ppm의 은 나노입자 함량을 갖도록 하는 양으로 은 나노입자를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  48. 제47항에 있어서, 상기 은 나노입자 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 10 내지 약 1000 ppm인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  49. 제47항 또는 제48항에 있어서, 상기 은 나노입자 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
    ㆍ 약 10, 약 25, 약 50, 약 75, 약 100, 약 150, 약 200, 약 250, 약 250, 또는 약 300 ppm 이상 및/또는
    ㆍ 약 1000, 약 750, 약 500, 약 250, 약 100, 약 50 ppm 이하.
  50. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 은 나노입자가 없는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  51. 제1항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 구리 분말을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  52. 제51항에 있어서, 상기 구리 분말은 원소 구리의 분말, 구리 산화물, 또는 구리 염, 바람직하게는 원소 구리의 분말인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  53. 제52항에 있어서, 상기 구리 산화물은 산화제일구리인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  54. 제52항 또는 제53항에 있어서, 상기 구리 염은 브롬화구리(I), 브롬화구리(II), 구리(I) 브로마이드 디메틸 설파이드, 염화구리(I), 염화구리(II), 염화구리(II) 이수화물, 구리(II) 사이클로헥산부티레이트, 불화구리(II), 불화구리(II) 이수화물, 구리(II) D-글루코네이트, 수산화 구리(II), 요오드화 구리(I), 질산구리(II), 질산구리(II) 헤미(5수화물), 질산구리(II) 수화물, 과염소산구리(II) 6수화물, 피로인산구리(II), 피로인산구리(II) 수화물, 셀렌산구리(II), 셀렌산구리(II) 이수화물, 황산구리(II), 황산구리(II) 5수화물, 타르타르산구리(II), 타르타르산구리(II) 수화물, 사불화붕산구리(II), 사불화붕산구리(II) 수화물, 티오시안산구리(I), 또는 황산 테트라아민구리(II) 일수화물인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  55. 제51항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 20 중량%의 구리 분말 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 20 중량%의 구리 분말 함량을 갖도록 하는 양으로 구리 분말을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  56. 제55항에 있어서, 상기 구리 분말 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 2 내지 약 20 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  57. 제55항 또는 제56항에 있어서, 상기 구리 분말 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
    ㆍ 약 2, 약 5, 약 8, 약 10, 약 12.5, 약 15 중량% 이상 및/또는
    ㆍ 약 20, 약 18, 약 16, 약 14, 약 12, 또는 약 10 중량% 이하.
  58. 제1항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 구리 분말이 없는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  59. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 티타늄 나노입자를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  60. 제59항에 있어서, 상기 티타늄 나노입자는 원소 티타늄, 이산화티타늄, 또는 티타늄 염의 나노입자, 바람직하게는 이산화티타늄의 나노입자인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  61. 제60항에 있어서, 상기 티타늄 염은 브롬화티타늄(IV), 티타늄 카보니트라이드, 염화티타늄(II), 염화티타늄(IV), 불화티타늄(III), 불화티타늄(IV), 요오드화티타늄(IV), 또는 옥시황산티타늄(IV)인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  62. 제59항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 티타늄 나노입자는 크기가 약 5 내지 약 500 nm인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  63. 제59항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 8 중량%의 티타늄 나노입자 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 8 중량%의 티타늄 나노입자 함량을 갖도록 하는 양으로 티타늄 나노입자를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  64. 제63항에 있어서, 상기 티타늄 나노입자 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.05 내지 약 8 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  65. 제63항 또는 제64항에 있어서, 상기 티타늄 나노입자 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
    ㆍ 약 0.05, 약 0.1, 약 0.5, 약 0.75, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4 중량% 이상 및/또는
    ㆍ 약 8, 약 7, 약 6, 약 5, 약 4 중량% 이하.
  66. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 티타늄 나노입자가 없는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  67. 제1항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 세피올라이트를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  68. 제67항에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 세피올라이트 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 15 중량%의 세피올라이트 함량을 갖도록 하는 양으로 세피올라이트를 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  69. 제68항에 있어서, 상기 세피올라이트 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 15 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  70. 제68항 또는 제69항에 있어서, 상기 세피올라이트 함량은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 다음과 같은, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
    ㆍ 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 또는 약 8 중량% 이상 및/또는
    ㆍ 약 15, 약 12, 약 10, 약 9, 약 8, 약 7, 또는 약 6 중량% 이하.
  71. 제1항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 세피올라이트가 없는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  72. 제1항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 인, 황화아연, 알루민산스트론튬, 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 인, 황화아연 및 알루민산스트론튬의 혼합물을 추가로 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  73. 제72항에 있어서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 최대 5 중량%의 인 함량, 최대 5 중량%의 황화아연 함량, 및 최대 5 중량%의 알루민산스트론튬 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 5 중량%의 인 함량, 최대 5 중량%의 황화아연 함량, 및 최대 5 중량%의 알루민산스트론튬 함량을 갖도록 하는 양으로 인, 황화아연 및 알루민산스트론튬을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  74. 제73항에 있어서, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 인 함량은 약 1 중량%이고, 상기 황화아연 함량은 약 1 중량%이고, 상기 알루민산스트론튬 함량은 약 1 중량%인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  75. 제1항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 인, 황화아연 및 알루민산스트론튬이 없는 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  76. 제1항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물, 키트, 또는 다기능성 코팅은 다음을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
    ㆍ 그래핀 나노플레이트렛, 및
    ㆍ 카놀라 오일,
    여기서, 상기 코팅 조성물 또는 상기 다기능성 코팅은 상기 조성물 또는 다기능성 코팅의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량 및 약 5 중량%의 카놀라 오일 함량을 갖거나, 상기 키트는 상기 키트로 제조될 코팅 조성물이 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량%의 그래핀 나노플레이트렛 함량 및 약 5 중량%의 오일 함량을 갖도록 하는 양으로 그래핀 나노플레이트렛 및 카놀라 오일을 포함하는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  77. 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 저-마찰, 파울링-방출, 부식방지, 및/또는 기계적으로-강화된 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  78. 제1항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 저-마찰, 파울링-방출, 부식방지, 및 기계적으로-강화된 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  79. 제1항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 ASTM D7027-13에 따라 측정될 때 약 0.08 이하, 바람직하게는 약 0.05 이하, 보다 바람직하게는 약 0.03 이하, 가장 바람직하게는 약 0.01 이하의 마찰 계수를 갖는 저-마찰 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  80. 제1항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 약 125° 이상, 바람직하게는 약 130° 이상, 보다 바람직하게는 135° 이상, 가장 바람직하게는 약 140° 이상의 탈이온수와의 접촉각을 갖는 소수성 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  81. 제1항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 약 115° 이상, 바람직하게는 약 120° 이상, 보다 바람직하게는 125° 이상, 가장 바람직하게는 약 135° 이상의 해양수와의 접촉각을 갖는 소수성 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  82. 제1항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 ASTM E2562-17에 따라 측정될 때 3개월의 성장 후 생물막에서 ATP 농도가 50 ng/m2　이하, 바람직하게는 25 ng/m2를 나타내는, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  83. 제1항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 ASTM G50 - 10(2015)에 따라 측정될 때 약 1 mm/년 이하, 바람직하게는 약 0.8 mm/년 이하, 보다 작동적으로 약 0.5 mm/년 이하, 보다 더 바람직하게는 약 0.25 mm/년 이하, 가장 바람직하게는 약 0.15 mm/년 이하의 부식률를 갖는 부식방지 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재.
  84. 제1항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 바람직하게는 다음을 갖는 기계적으로-강화된 코팅인, 조성물, 키트, 용도, 코팅 시스템, 또는 코팅된 기재:
    ㆍ ASTM D 638-08에 따라 측정될 때 약 70 MPa 이상, 바람직하게는 약 75 MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 75 MPa 이상, 가장 바람직하게는 약 75 MPa 이상의 인장 강도;
    ㆍ ASTM D 5045-99에 따라 측정될 때 약 4 MPa m1/2　이상, 바람직하게는 약 5 MPa m1/2　이상, 보다 바람직하게는 약 6 MPa m1/2　이상, 가장 바람직하게는 약 7 MPa m1/2　이상의 파괴 인성; 및/또는
    ㆍ ISO 178: 1993(E) 표준에 따라 측정될 때 약 45 MPa 이상, 바람직하게는 약 50 MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 55 MPa 이상, 가장 바람직하게는 약 55 MPa 이상의 굽힘 강도.
  85. 기재의 표면을 코팅하는 방법으로, 상기 방법은 다음 단계를 포함하는, 방법:
    d) 표면을 부착물 제거하고 (cleaning) 건조시키는 단계,
    e) 임의로 프라이머 코팅의 적어도 하나의 코트를 상기 표면에 적용하는 단계,
    f) 상기 프라이머 코트(들) 위에 제1항 및 제20항 내지 제77항 중 어느 한 항의 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트를 적용하여 다기능성 코팅을 제조하는 단계.
  86. 제85항에 있어서, 단계 a)와 단계 b) 사이에 표면을 연마하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  87. 제85항 또는 제86항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 상기 열경화성 수지 시스템에서 상기 그래핀 나노플레이트렛 및 a) 내지 e) 중 하나 이상을 분산시킴으로써 제2항 내지 제4항 및 제20항 내지 제77항 중 어느 한 항에 따른 키트로부터 제조 된 것인, 방법.
  88. 제85항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)는 생략되고 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 상기 표면과 상기 다기능성 코팅 사이에 프라이머 코팅의 부재하에 적용되는, 방법.
  89. 제85항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 상기 기재의 표면과 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 타이 코트의 부재 하에 적용되는, 방법.
  90. 제85항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)는 존재하고, 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 프라이머 코팅의 적어도 하나의 코트 상에 적용되는, 방법.
  91. 제90항에 있어서, 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 프라이머 코팅의 2개의 코트 상에 적용되는, 방법.
  92. 제90항 또는 제91항에 있어서, 상기 코팅 조성물의 적어도 하나의 코트는 상기 프라이머 코팅의 적어도 하나의 코트와 상기 다기능성 코팅의 적어도 하나의 코트 사이에 타이 코트의 부재 하에 적용되는, 방법.
  93. 제85항 내지 제92항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물의 적어도 2개의 코트를 포함하는, 방법.
  94. 제85항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 약 1 μm 내지 약 400 μm, 바람직하게는 약 100 μm 내지 약 200 μm의 총 두께를 갖는, 방법.
  95. 제85항 내지 제94항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 습한 환경에서 사용하기 위한 것인, 방법.
  96. 제95항에 있어서, 상기 기재는 해양 장비, 습한 환경에서 사용하기 위한 센서, 자동차 부품, 농업 장비, 수산양식 장비, 수력 발전 장비, 또는 오일-가스 산업 장비, 바람직하게는 해양 장비 또는 습한 환경에서 사용하기 위한 센서인, 방법.
  97. 제95항에 있어서, 상기 해양 장비는 보트, 선박 또는 배 (바람직하게는 이의 선체 및 밸러스트), 부표, 피시 트랩, 수중 장비, 또는 잠수함; 바람직하게는 선박 선체인, 방법.
  98. 제85항 내지 제97항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다기능성 코팅은 제5항 내지 제84항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은, 방법.
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