KR20210086266A

KR20210086266A - 코팅조성물, 이를 이용한 코팅방법 및 자가 계층화 코팅표면

Info

Publication number: KR20210086266A
Application number: KR1020190180082A
Authority: KR
Inventors: 임호선; 박연희
Original assignee: 숙명여자대학교산학협력단
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-07-08
Also published as: KR20220004946A; KR102447214B1

Abstract

본 발명은 코팅조성물, 이를 이용한 코팅방법 및 자가 계층화 코팅표면에 관한 것으로서, 상기 코팅조성물은 소수성 수지 및 친수성 수지를 포함하고, 상기 소수성 수지의 표면에너지와 상기 친수성 수지의 표면에너지의 차이는 10 mN/m 이상이며, 본 발명에 따른 코팅조성물은 한 번의 코팅으로 두 번 코팅한 것에 비해 두 층 사이의 결합력이 우수한 다층 코팅 표면을 제공할 수 있고, 방호 코팅, 항균 코팅, 결빙방지 코팅 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

Description

코팅조성물, 이를 이용한 코팅방법 및 자가 계층화 코팅표면{COATING COMPOSITION, COATING METHOD USING THE SAME AND SELF-STRATIFYING COATING SURFACE}

본 발명은 코팅조성물, 이를 이용한 코팅방법 및 자가 계층화 코팅표면에 관한 것이다.

자가 계층화란 특정한 시스템이 열역학적 현상 혹은 속도론적 현상에 의해 자발적으로 층이 나누어지는 현상을 뜻한다. 코팅의 경우 자기계층화를 통해 한 번의 코팅으로 여러 개 층에 다기능성이 부여될 수 있다.

자기계층화 코팅 시스템에서는 서로 상용성이 없는 두 가지 이상의 수지를 공통 용매(혹은 공통 용매 혼합물)에 용해시켜 코팅 액을 제조한 후 코팅 공정에서 용매 휘발, 열 또는 질량 이동 현상, 화학 반응 등을 이용하여 두 개 이상의 서로 다른 코팅을 층 분화에 의해 한 번에 형성할 수 있다.

에폭시와 아크릴을 혼합한 자가-층화 조성물에 대한 기술(비특허문헌 1), 에폭시 수지와 플루오르화 바이닐 단위체를 포함하는 자가-층화 코팅 제조방법에 대한 기술(특허문헌 1) 등이 존재하나, 보다 간편한 방법으로 한 번의 코팅으로 두 번 코팅한 것에 비하여 두 층 사이의 결합력이 보다 우수한 다층 코팅이 가능한 방법의 개발이 여전히 필요하고, 또한 방호 코팅, 항균 코팅, 결빙 방지 코팅 등 다양한 분야에 적용 가능한 코팅 방법의 도입이 필요하다.

미국특허 8,691,342호 (2014.4.8. 등록)

Long Chen, Self-stratifying coatings, The Graduate Faculty of The University of Akron, 2013

발명자들은 친수성 성분과 소수성 성분을 함께 이용하여 코팅하는 경우 두 층으로 분리되어 한 번에 두 층을 코팅할 수 있고, 표면에너지가 다른 성분을 이용하는 경우 층분리가 확실하다는 점을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 한 번의 코팅으로 두 번 코팅한 것에 비해 두 층 사이의 결합력이 우수한 다층 코팅 표면을 제공할 수 있는 코팅조성물을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 코팅조성물을 이용한 코팅방법 및 이를 이용하여 얻어지는 자가 계층화 코팅표면을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 코팅조성물은 소수성 수지 및 친수성 수지를 포함한다. 상기 소수성 수지의 표면에너지와 상기 친수성 수지의 표면에너지의 차이가 10 mN/m 이상이다.

본 발명에 따른 코팅방법은 코팅조성물의 준비단계(이하, '준비단계'라 함) 및 상기 준비단계에서 얻어진 결과물을 경화시켜 자가 계층화 코팅 표면을 얻는 경화단계를 포함한다. 이 때, 상기 준비단계는 하기 1) 내지 3)을 포함한다.

1) 표면에너지의 차이가 10 mN/m 이상인 소수성 수지와 친수성 수지를 용매에 넣어 제1 용액을 얻는 단계

2) 상기 제1 용액에 경화제를 더 넣어 제2 용액을 얻는 단계

3) 상기 제2 용액을 기판에 균일하게 도포한 후 열을 가해 경화시키는 단계.

본 발명에 따른 자가 계층화 코팅표면은 제1 층 및 상기 제1 층 상에 배치된 제2 층을 포함한다.

상기 제1 층은 상기 제2 층에 비해 표면에너지가 높다. 즉, 상기 제2 층의 표면에너지는 상기 제1 층의 표면에너지에 비해 낮다.

상기 제1 층의 표면에너지와 상기 제2 층의 표면에너지의 차이가 10 mN/m 이상이다.

본 발명에 따른 코팅조성물은 한 번의 코팅으로 두 번 코팅한 것에 비해 두 층 사이의 결합력이 우수한 다층 코팅 표면을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 코팅방법은 한 번의 코팅으로 두 번 코팅한 것에 비해 두 층 사이의 결합력이 우수한 다층 코팅 표면을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 코팅조성물 및 코팅방법은 예를 들어, 방호 코팅, 항균 코팅, 결빙방지 코팅 등에 적용할 수 있다.

도 1은 제조 예 1로부터 얻어진 자가 계층화 코팅 단면의 SEM 사진이다.
도 2는 제조 예 2로부터 얻어진 자가 계층화 코팅 단면의 SEM 사진이다.
도 3은 제조 예 3으로부터 얻어진 자가 계층화 코팅 단면의 SEM 사진이다.
도 4는 제조 예 4로부터 얻어진 자가 계층화 코팅 단면의 SEM 사진이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되면, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서, 용어 "a 내지 b" 는 "a 이상이고 b 이하인 것"을 의미하는 것으로 정의된다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하기로 한다.

(코팅조성물)

예를 들어, 상기 소수성 수지의 표면에너지는 15 mN/m 내지 30 mN/m 일 수 있다. 일 예에서, 상기 소수성 수지는 우레탄아크릴레이트 수지일 수 있으며, 상기 우레탄아크릴레이트 수지의 비제한적인 예로는, CN966J75 NS, CN9001 NS, CN8881 NS 를 들 수 있다.

예를 들어, 상기 친수성 수지의 표면에너지는 30 mN/m 내지 46 mN/m 일 수 있다. 일 예에서, 상기 친수성 수지는 에폭시 수지일 수 있으며, 상기 에폭시 수지의 비제한적인 예로는 비스페놀 A 에폭시수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지를 들 수 있다.

상기 코팅조성물은 에폭시 수지용 경화제를 더 포함할 수 있으며, 상기 에폭시 수지용 경화제의 비제한적인 예로는 아민류 경화제를 들 수 있다.

(코팅방법)

2) 상기 제1 용액에 경화제를 더 넣어 제2 용액을 얻는 단계

상기 경화제는 에폭시 수지용 경화제일 수 있으며, 상기 에폭시 수지용 경화제의 비제한적인 예로는 지방족 아민, 변성 지방족 아민, 방향족 아민, 제3급아민과 같은 아민류 경화제; 아민류와 에폭시 화합물과의 반응생성물; 이미다졸류; 폴리아미드 수지; 폴리설파이드 수지; 아민 복합체; 프탈릭 안하이드라이드와 같은 산무수물; 페놀 수지; 디시안디아마이드 등이 사용될 수 있다.

(자가 계층화 코팅표면)

본 발명에 따른 자가 계층화 코팅표면은 제1 층 및 상기 제1 층 상에 배치된 제2 층을 포함한다. 상기 제1 층은 상기 제2 층에 비해 표면에너지가 높다. 즉, 상기 제2 층의 표면에너지는 상기 제1 층의 표면에너지에 비해 낮다.

상기 제2층의 표면에너지는 15 mN/m 내지 30 mN/m 일 수 있다.

상기 제1 층의 표면에너지는 30 mN/m 내지 46 mN/m 일 수 있다.

상기 제1 층은 에폭시 수지를 포함할 수 있으며, 상기 에폭시 수지의 비제한적인 예로는 비스페놀 A 에폭시수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지를 들 수 있다.

상기 제2 층은 우레탄아크릴레이트 수지를 포함할 수 있다. 상기 우레탄아크릴레이트 수지의 비제한적인 예로는, CN966J75 NS, CN9001 NS, CN8881 NS를 들 수 있다.

(제조 예 1_8881: BPA )

50ml 비이커에 Xylene 15ml와 MIBK 15ml를 1:1의 비율로 혼합하여 혼합용매를 준비하였다.

Bis-phenol A 에폭시 수지(국도화학, YD-128) 3g과 urethane acrylate (Sartomer, CN8881 NS) 수지 3g을 각각 혼합용매에 30wt%로 상온에서 30분 교반하여 이종 고분자수지 혼합용액을 제조하였다.

Diethylenetriamine을 혼합용매에 50wt%로 혼합하고 혼합용액이 균일하게 분산되도록 교반하여 코팅용액을 제조하였다.

제조된 코팅용액을 bar coater를 이용하여 유리 기판에 균일하게 코팅한 후 150 ˚C에서 2시간 동안 경화시켜 자가 계층화 코팅 표면을 제조하였다.

(제조 예 2_8881 : Novolac )

Phenol novolac 에폭시 수지(국도화학, YDPN-638) 3g과 urethane acrylate (Sartomer, CN8881 NS) 수지 3g을 각각 혼합용매에 30wt%로 상온에서 30분 교반하여 이종 고분자수지 혼합용액을 제조하였다.

(제조 예 3_ 9001 : BPA )

Bis-phenol A 에폭시 수지(국도화학, YD-128) 3g과 urethane acrylate (Sartomer, CN9001 NS) 수지 3g을 각각 혼합용매에 30wt%로 상온에서 30분 교반하여 이종 고분자수지 혼합용액을 제조하였다.

(제조 예 4_9001: Novolac )

Phenol novolac 에폭시 수지(국도화학, YDPN-638) 3g과 urethane acrylate (Sartomer, CN9001 NS) 수지 3g을 각각 혼합용매에 30wt%로 상온에서 30분 교반하여 이종 고분자수지 혼합용액을 제조하였다.

(실험 예 1)

3종의 에폭시 수지와 3종의 우레탄 아크릴레이트에 대해 접촉각과 표면에너지를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

	접촉각(°)		표면에너지 (mN/m)
	Diiodomethane	D.I water	표면에너지 (mN/m)
BPA epoxy	66.3	53.7	45.79
BPF epoxy	56.2	87.9	31.14
Phenol novolac epoxy	41.2	68.9	42.49
Urethan acrylate(CN966J75 NS)	51.07	86.97	33.88
Urethan acrylate(CN9001 NS)	40.43	80.5	39.81
Urethan acrylate(CN8881 NS)	61.3	86.97	28.89

(실험 예 2)

주사전자현미경을 이용하여 제조 예 1 내지 4로부터 얻어진 자가 계층화 코팅표면의 단면을 분석하였다.

도 1 내지 도 4는 제조 예 1 내지 4로부터 얻어진 자가 계층화 코팅 단면의 SEM 사진이다.

구체적으로, 도 1은 제조 예 1로부터 얻어진 자가 계층화 코팅 단면의 SEM 사진이고, 도 2는 제조 예 2로부터 얻어진 자가 계층화 코팅 단면의 SEM 사진이다.

도 3은 제조 예 3으로부터 얻어진 자가 계층화 코팅 단면의 SEM 사진이고, 도 4는 제조 예 4로부터 얻어진 자가 계층화 코팅 단면의 SEM 사진이다.

도 1 내지 도 4를 참조할 때, 2종의 수지의 표면에너지의 차이가 10 mN/m 이상인 제조 예 1 및 2 에서, 2종의 수지의 표면에너지의 10 차이가 mN/m 미만인 제조 예 3 및 4에 비해, 1 층과 2 층 사이의 층분리가 확실하게 나타남을 확인할 수 있다.

Claims

소수성 수지; 및
친수성 수지; 를 포함하고,
상기 소수성 수지의 표면에너지와 상기 친수성 수지의 표면에너지의 차이가 10 mN/m 이상인 코팅조성물.
제1 항에 있어서,
상기 소수성 수지의 표면에너지는 15 mN/m 내지 30 mN/m 인 것을 특징으로 하는 코팅조성물.
제1 항에 있어서,
상기 친수성 수지의 표면에너지는 30 mN/m 내지 46 mN/m 인 것을 특징으로 하는 코팅조성물.
제1 항에 있어서,
상기 소수성 수지는 우레탄아크릴레이트 수지인 것을 특징으로 하는 코팅조성물.
제4 항에 있어서,
상기 친수성 수지는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 코팅조성물.
제5 항에 있어서,
상기 에폭시 수지용 경화제를 더 포함하는 코팅조성물.
코팅조성물의 준비단계; 및
상기 코팅조성물의 준비단계에서 얻어진 결과물을 경화시켜 자가 계층화 코팅 표면을 얻는 경화단계;를 포함하며,
상기 코팅조성물의 준비단계는 하기 1) 내지 3)을 포함하는 코팅방법:
1) 표면에너지의 차이가 10 mN/m 이상인 소수성 수지와 친수성 수지를 용매에 넣어 제1 용액을 얻는 단계,
2) 상기 제1 용액에 경화제를 더 넣어 제2 용액을 얻는 단계, 및
3) 상기 제2 용액을 기판에 균일하게 도포한 후 열을 가해 경화시키는 단계.
제7 항에 있어서,
상기 소수성 수지의 표면에너지는 15 mN/m 내지 30 mN/m 인 것을 특징으로 하는 코팅방법.
제7 항에 있어서,
상기 친수성 수지의 표면에너지는 30 mN/m 내지 46 mN/m 인 것을 특징으로 하는 코팅방법.
제7 항에 있어서,
상기 소수성 수지는 우레탄아크릴레이트 수지인 것을 특징으로 하는 코팅방법.
제10 항에 있어서,
상기 친수성 수지는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 코팅방법.
제12 항에 있어서,
상기 경화제는 에폭시 수지용 경화제인 것을 특징으로 하는 코팅방법.
높은 표면에너지를 갖는 제1 층;
상기 제1 층에 비해 낮은 표면에너지를 갖는 제2 층;을 포함하며,
상기 제1 층의 표면에너지와 상기 제2 층의 표면에너지의 차이가 10 mN/m 이상인 자가 계층화 코팅표면.
제13 항에 있어서,
상기 제2층의 표면에너지는 15 mN/m 내지 30 mN/m 인 것을 특징으로 하는 자가 계층화 코팅표면.
제13 항에 있어서,
상기 제1 층의 표면에너지는 30 mN/m 내지 46 mN/m 인 것을 특징으로 하는 자가 계층화 코팅표면.
제13 항에 있어서,
상기 제1 층은 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 계층화 코팅표면.
제16 항에 있어서,
상기 제2 층은 우레탄아크릴레이트 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 계층화 코팅표면.