KR20210121814A - 코팅용 조성물 및 이를 사용한 기재의 코팅 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코팅용 조성물 및 이를 사용한 기재의 코팅 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 알루미늄을 포함하는 나노입자; 및 상기 나노입자 표면에 형성된 코팅층;을 포함하고, 상기 코팅층은, C6 이하의 탄화불소계 화합물을 포함하는 것인, 코팅용 조성물을 제공한다.

Description

코팅용 조성물 및 이를 사용한 기재의 코팅 방법{COATING COMPOSITION AND COATING METHOD OF SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 코팅용 조성물 및 이를 사용한 기재의 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, C6 이하의 탄화불소계 화합물을 사용한 발수·발유 코팅용 조성물 및 이를 사용한 기재의 코팅 방법에 관한 것이다.
발수·발유 기술은 표면 개질 기술의 한 분야로, 고체의 표면을 물리적 또는 화학적으로 개질하여 표면에 액체가 접촉하였을 때 액체를 밀어내는 기술이다.
해당 기술은 제지 산업의 내유 가공제, 섬유 및 가죽 산업, 금속 소재의 부식 방지, 항공기 운항시 동체의 결빙 방지, 토목 및 건설 구조물의 부식 방지, 선박의 어패류 부착방지, 자동차 외형 코팅, 기계류의 착상방지, 정밀 고분자 가공 분야 등에 활용되고 있으며, 의료, IT, 국방을 포함한 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있다.
초기 발수·발유 기술은 재료 표면의 화학적 구조를 이용한 표면 물성 및 표면 에너지 변화를 통해 고체의 표면 에너지를 낮추는 연구에 집중되었으나, 이후 발수·발유 특성에는 표면의 화학적인 구조와 물성만이 아니라 기하학적인 구조 또한 중요한 요소로 작용한다는 것이 알려지게 되었고, 기술의 발달로 자연에 존재하는 연잎을 비롯한 발수성을 가진 천연 생체표면의 분석이 마이크로 및 나노크기로 가능해지면서 해당 구조를 모방하여 발수·발유 특성을 도입하는 연구가 활발하게 진행되었다.
현재 발수·발유 특성을 갖는 표면을 조성하기 위해서 표면 에너지가 낮은 불소계 화합물이나 고분자가 널리 활용되고 있으며, 일반적으로 C8 기반의 탄화불소계 화학물질이 사용되고 있다.
그러나 C8 기반의 탄화불소계 화학물질은 고가일 뿐만 아니라, 인체에 잔류하는 독성을 갖는 환경 유해물질인 perfluoro octanoic acid (PFOA) 배출로 인해 국내 및 미국 등을 포함한 선진국에서 그 사용이 제한되고 있어, 친환경 및 비독성 소재 기반의 발수·발유 기술의 개발이 시급하게 요구되고 있는 실정이다.
특히, 화생방 보호의의 경우 화생방 무기로 사용되는 화학 작용제에 대한 차단 성능이 함께 요구되므로, 발수 및 발유 특성과 화학 작용제에 대한 차단 성능을 모두 확보할 수 있는 코팅 기술이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 친환경적이고 비독성을 나타내면서, 발수·발유 특성 및 화학 작용제에 대한 차단 특성을 부여할 수 있는 코팅용 조성물 및 이를 사용한 기재의 코팅 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 알루미늄을 포함하는 나노입자; 및 상기 나노입자 표면에 형성된 코팅층; 을 포함하고, 상기 코팅층은, C6 이하의 탄화불소계 화합물을 포함하는 것인, 코팅용 조성물을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 나노입자는, 알루미늄 옥사이드 하이드록사이드 (Aluminum oxide hydroxide, AlHO2) 나노입자를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 나노입자의 크기는, 1 nm 내지 500 nm 인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화불소계 화합물은, 카르복실기(-COOH) 작용기를 갖는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화불소계 화합물은, 트리플루오로아세트산 (trifluoroacetic acid), 펜타플루오로프로피온산 (pentafluoropropionic acid), 테트라플루오로숙신산 (tetrafluorosuccinic acid), 헵타플루오로뷰티르산 (heptafluorobutyric acid), 헥사플루오로글루타르산 (hexafluoroglutaric acid), 노나플루오로발레르산 (nonafluorovaleric acid), 옥타플루오로아디프산 (octafluoroadipic acid), 운데카플루오로헥산산 (undecafluorohexanoic acid), 트리데카플루오로헵탄산 (tridecafluoroheptanoic acid) 및 도데카플루오로수베르산 (dodecafluorosuberic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 나노입자와 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물은 위상 반응 (topotactic reaction)을 하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅용 조성물은 섬유 코팅용인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 나노입자와 C6 이하의 탄화불소계 화합물을 방향족 용매에 첨가 및 교반하여, 상기 나노입자 표면에 코팅층을 형성시키는 단계; 상기 코팅층이 형성된 나노입자를 정제 및 분리하는 단계; 및 상기 분리된 나노입자를 용매에 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하고, 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물은 상기 나노입자 표면에 코팅층을 형성하는 것인, 코팅용 조성물의 제조방법을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 방향족 용매는, 벤젠, 자일렌, 클로로벤젠, 톨루엔 및 피리딘으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅층은, 상기 나노입자와 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물의 위상 반응 (topotactic reaction)에 의하여 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 코팅 대상물 기재 표면을 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 기재 표면을, 상기 코팅용 조성물 또는 상기 제조방법으로 제조된 코팅용 조성물을 이용하여 코팅하는 단계;를 포함하는, 기재의 코팅방법을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 전처리하는 단계는, 상기 기재 표면상에 나노구조, 마이크로구조 또는 이 둘을 형성하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅하는 단계는, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 그라비아 코팅 및 바 코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 코팅 방법을 사용하여 수행하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅하는 단계는, 상기 코팅용 조성물 도포 후, 0.1 MPa 내지 1 MPa의 압력을 가하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅하는 단계; 이후에, 상기 코팅된 기재를 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅 대상물 기재는, 섬유, 원단 또는 직물인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 코팅 방법에 의해 코팅된 섬유, 원단 또는 직물을 포함하는, 화생방 보호의 외피를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 화생방 보호의 외피를 포함하는, 화생방 보호의를 제공한다.
본 발명에 따른 코팅용 조성물은, 표면이 C6 이하의 탄화불소계 화합물이 코팅된 알루미늄을 포함하는 나노입자를 포함함으로써, 인체에 유해한 성분을 배출하지 않으면서 발수·발유 특성 및 화학 작용제에 대한 차단 성능을 부여할 수 있는 효과가 있으며, 친환경적이고 경제적인 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 코팅 방법은, 기재의 표면을 전처리하여 표면에 나노구조 또는 마이크로구조를 형성시킨 후, 본 발명에 따른 코팅용 조성물로 코팅함으로써, 기재 표면에 발수·발유 특성 및 화학 작용제에 대한 차단 성능을 친환경적이고 경제적인 방법으로 부여할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명에 따른 코팅 방법을 통해, 인체에 유해한 성분을 배출하는 고가의 C8 기반의 탄화불소계 화학물질을 사용하지 않으면서, 발수·발유 특성 및 화학 작용제에 대한 차단 성능을 갖는 화생방 보호의를 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코팅용 조성물을 사용하여 직물의 표면을 코팅할 경우 효과를 간략히 보여주는 개념도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코팅용 조성물 제조 과정 및 이를 사용한 직물의 코팅 과정을 간략히 보여주는 공정도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 따라 코팅된 직물의 (a) 코팅 전 표면의 SEM 이미지 및 (b) 코팅 후 표면의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코팅용 조성물로 코팅된 직물과 비불소계 화합물을 사용하여 제조된 코팅용 조성물로 코팅된 직물의 표면에서 물 및 화학 작용제(HD)에 대한 접촉각을 측정한 결과이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 코팅용 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 사용한 기재의 코팅방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면은, 알루미늄을 포함하는 나노입자; 및 상기 나노입자 표면에 형성된 코팅층; 을 포함하고, 상기 코팅층은, C6 이하의 탄화불소계 화합물을 포함하는 것인, 코팅용 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 코팅용 조성물은, 탄소수 6 이하의 탄화불소계 화합물로 표면을 코팅한 알루미늄 성분의 나노입자를 포함함으로써, 발수, 발유 및 화학 작용제에 대한 차단 특성을 부여할 수 있는 특징이 있다. 특히, 표면에너지가 낮은 탄소수 6 이하의 저불소계 화합물을 사용함으로써, 인체에 유해한 독성 물질을 배출하지 않고, 환경 친화적이며 경제적인 장점이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 알루미늄을 포함하는 나노입자는, 알루미늄 나노입자, 산화 알루미늄 나노입자 및 수산화 알루미늄 나노입자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 알루미늄을 포함하는 나노입자는, 코팅 대상물 기재와의 부착력을 증대시켜 접착력을 우수하게 하고, 코팅 대상물 기재 표면에 코팅 시 기재 코팅층의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 코팅액 조성물 내 우수한 분산력을 가져 코팅 대상물 기재 표면에 코팅 시 기재 코팅층의 균일성을 향상시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 나노입자는, 알루미늄 옥사이드 하이드록사이드 (Aluminum oxide hydroxide, AlHO2) 나노입자를 포함하는 것일 수 있다.
상기 알루미늄 옥사이드 하이드록사이드는, Al-OOH로 표시되는 화합물로, 알루미늄에 결합된 -OOH 작용기는 코팅액 조성물을 형성하는 용매 내 분산성을 향상시키고, 탄화불소계 화합물과 위상 반응(topotactic reaction)을 통한 나노입자 표면의 개질을 용이하게 할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 나노입자의 크기는, 1 nm 내지 500 nm 인 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 나노입자의 크기는, 1 nm 내지 100 nm 인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 5 nm 내지 100 nm 인 것일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 5 nm 내지 50 nm 인 것일 수 있고, 더욱 바람직 하게는, 10 nm 내지 50 nm 인 것일 수 있다.
만일, 상기 나노입자의 크기가 상기 범위 미만일 경우, 상기 나노입자 표면에 코팅층이 형성되기 어렵고, 나노입자 표면에 개질이 일어나지 않아 코팅용 조성물의 발수, 발유 및 화학 작용제 차단 성능이 떨어질 수 있으며, 코팅용 조성물로 코팅된 기재 표면 코팅층의 내구성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 범위를 초과할 경우, 코팅 대상물 기재와의 접착력이 떨어지고, 코팅 조성물 내 분산성이 저하될 수 있으며, 코팅용 조성물로 코팅된 기재 표면 코팅층이 불균일하고 매끄럽지 않게 형성될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 나노입자의 크기는, 균일한 것일 수 있다. 여기서, 상기 크기는, 입자의 형태에 따라 직경, 반경, 최대 길이 등일 수 있다.
상기 나노입자의 크기가 균일할 경우, 코팅 조성물 내 분산성이 향상되고, 나노입자 표면에 형성된 코팅층 두께의 균일성이 향상될 수 있다. 따라서, 기재 상에 코팅 시 기재의 발수, 발유, 화학 작용제 차단 성능이 효율적으로 확보될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화불소계 화합물은, 카르복실기(-COOH) 작용기를 갖는 것일 수 있다.
여기서, 상기 탄화불소계 화합물의 카르복실기는, 상기 탄화불소계 화합물이 상기 알루미늄을 포함하는 나노입자의 표면에서 위상 반응을 할 경우, 리간드(ligand)로 작용할 수 있다.
일반적으로, 리간드는 배위결합하고 있는 화합물의 중심금속 이온의 주위에 결합하고 있는 분자 또는 이온을 의미하며, 착화합물에서 중심 금속 원자에 전자쌍을 제공하면서 배위 결합을 형성하는 원자 또는 원자단을 가리킨다.
즉, 상기 알루미늄을 포함하는 나노입자를 중심 금속으로 하여, 상기 탄화불소계 화합물에 포함된 카르복실기가 리간드로 작용하여 배위 결합할 수 있으며, 이를 통해 나노입자 표면을 개질함과 동시에 나노입자 표면에 코팅층을 형성할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화불소계 화합물은, 트리플루오로아세트산 (trifluoroacetic acid), 펜타플루오로프로피온산 (pentafluoropropionic acid), 테트라플루오로숙신산 (tetrafluorosuccinic acid), 헵타플루오로뷰티르산 (heptafluorobutyric acid), 헥사플루오로글루타르산 (hexafluoroglutaric acid), 노나플루오로발레르산 (nonafluorovaleric acid), 옥타플루오로아디프산 (octafluoroadipic acid), 운데카플루오로헥산산 (undecafluorohexanoic acid), 트리데카플루오로헵탄산 (tridecafluoroheptanoic acid) 및 도데카플루오로수베르산 (dodecafluorosuberic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 탄화불소계 화합물은, 표면 에너지가 낮은 -CF- 결합이 존재하는 화합물로, 나노입자의 표면을 개질하고 나노입자 표면에 코팅층을 형성시킴으로써, 물, 화학 작용제에 대한 반발력 특성을 부여한다.
본 발명에 있어서, 화학 작용제는 화생방 무기로 사용되는 화학 작용제를 의미할 수 있으며, 신경작용제, 수포작용제, 혈액작용제, 질식작용제, 구토작용제 또는 최루작용제 등을 포함할 수 있다.
상기 화학 작용제의 예로는, GB(Sarin), GD(Soman), GA(Tabun), GF(Cyclohexylsarin), HD(Sulfur mustard), HN1(Nitrogen mustard), HN2, HN3, CN(2-Chloroacetophenone), PS(Chloropicrin), CG(Phosgene), CK(Cyanogen chloride), CL(Chlorine) 등이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 나노입자와 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물은 위상 반응 (topotactic reaction)을 하는 것일 수 있다.
여기서, 위상 반응은 C6 이하의 탄화불소계 화합물의 카르복실기 (-COOH) 가 다리 리간드 (Bridge Ligand) 형태로 알루미늄 입자와 반응을 통해 결합하게 되며 상기 나노입자와 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물의 위상 반응을 통해 상기 나노입자의 표면이 개질될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅용 조성물은 섬유 코팅용인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 코팅용 조성물은, 섬유 코팅에 사용되어 섬유에 발수, 발유 및 화학 작용제 차단 성능을 부여할 수 있다. 또한, 섬유 제품에 적용되어, 제품에 발수, 발유 및 화학 작용제 차단 성능을 부여할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 나노입자와 C6 이하의 탄화불소계 화합물을 방향족 용매에 첨가 및 교반하는 단계;를 포함하고, 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물은 상기 나노입자 표면에 코팅층을 형성하는 것인, 표면 개질된 나노입자의 제조 방법을 제공한다.
상기 나노입자 및 상기 탄화불소계 화합물에 대한 특성은 전술한 바와 같다.
본 발명의 또 다른 측면은, 나노입자와 C6 이하의 탄화불소계 화합물을 방향족 용매에 첨가 및 교반하여, 상기 나노입자 표면에 코팅층을 형성시키는 단계; 상기 코팅층이 형성된 나노입자를 정제 및 분리하는 단계; 및 상기 분리된 나노입자를 용매에 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하고, 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물은 상기 나노입자 표면에 코팅층을 형성하는 것인, 코팅용 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 나노입자 및 상기 탄화불소계 화합물에 대한 특성은 전술한 바와 같다.
본 발명에 따른 코팅용 조성물의 제조방법의 첫 단계는, 나노입자, C6 이하의 탄화불소계 화합물 및 방향족 용매를 준비한 뒤, 나노입자와 탄화불소계 화합물을 방향족 용매 내에 첨가하여 교반하는 단계이다.
상기 교반 과정을 통해, 상기 나노입자의 표면에 상기 탄화불소계 화합물을 포함하는 코팅층이 형성된다. 또한, 상기 탄화불소계 화합물은 상기 나노입자 표면을 개질한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 방향족 용매는, 벤젠, 자일렌, 클로로벤젠, 톨루엔 및 피리딘으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅층은, 상기 나노입자와 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물의 위상 반응 (topotactic reaction)에 의하여 형성되는 것일 수 있다.
상기 방향족 용매는, 용매 내 포함된 나노입자와 상기 탄화불소계 화합물의 위상 반응을 용이하게 할 수 있다.
이어지는 단계는, 상기 코팅층이 형성된 나노입자를 정제 및 분리하는 단계이다.
상기 코팅층이 형성된 나노입자는 정제를 통해 불순물이 제거됨으로써, 코팅용 조성물 내에서 성능 저하를 방지할 수 있다.
다음 단계는, 상기 분리된 나노입자를 용매에 첨가하여 혼합하여, 코팅용 조성물을 제조하는 단계이다.
상기 코팅용 조성물을 이루는 용매는, 메탄올, 에탄올 및 이소프로필 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 코팅 대상물 기재 표면을 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 기재 표면을, 상기 코팅용 조성물 또는 상기 제조방법으로 제조된 코팅용 조성물을 이용하여 코팅하는 단계;를 포함하는, 기재의 코팅방법을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 기재 표면을 전처리하는 단계는, 플라즈마를 사용할 수 있다.
상기 기재 표면은 전처리를 통해 표면 에너지가 증가될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 전처리하는 단계는, 상기 기재 표면상에 나노구조, 마이크로구조 또는 이 둘을 형성하는 것일 수 있다.
상기 기재 표면상에 형성된 나노구조와 마이크로구조는, 상기 기재 표면 상에 나노크기 또는 마이크로 크기의 패턴이 형성된 구조일 수 있고, 상기 기재 표면에 나노크기 또는 마이크로 크기의 융기가 형성된 구조일 수 있으며, 평균 입경이 수 nm 내지 수 ㎛인 결정들이 형성된 구조일 수 있다.
상기 나노구조와 마이크로구조는 일정한 패턴으로 형성될 수 있고, 불규칙한 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 기재 표면상에 나노구조, 마이크로구조가 형성될 경우, 기재 표면과 코팅용 조성물의 접착력이 향상될 뿐만 아니라, 기재 표면 상의 구조로 인해 발수, 발유 및 화학 작용제에 대한 차단 성능이 향상될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅하는 단계는, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 그라비아 코팅 및 바 코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 코팅 방법을 사용하여 수행하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅하는 단계는, 상기 전처리된 기재를 상기 코팅용 조성물에 함침시킨 뒤, 열처리를 통해 코팅용 조성물을 고정화하는 방법으로 수행할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅하는 단계는, 상기 코팅용 조성물 도포 후, 0.1 MPa 내지 1 MPa의 압력을 가하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 기재의 코팅 방법에 있어서, 상기 코팅용 조성물을 도포 후에 일정 압력을 가하면, 기재 표면에 코팅용 조성물이 균일하게 도포될 뿐만 아니라 기재 표면과의 접착력이 향상된다.
만일, 상기 압력이 상기 범위를 벗어나 가해질 경우, 코팅용 조성물과 기재 표면과의 접착력이 떨어지거나, 도포가 균일하게 이루어지기 어려울 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅하는 단계; 이후에, 상기 코팅된 기재를 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 열처리하는 단계를 통해, 기재 표면에 코팅용 조성물이 고정되도록 하여, 기재 표면에 형성된 코팅용 조성물의 이탈을 방지함으로써, 기재에 부여된 발수, 발유 및 화학 작용제 차단 성능의 보존성을 증가시킬 수 있다. 또한 기재와 코팅용 조성물의 부착력이 극대화됨에 따라 세탁이 반복되어도 발수, 발유 및 화학 작용제 차단 성능이 유지될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 코팅 대상물 기재는, 섬유, 원단 또는 직물인 것일 수 있다.
예를 들면, 상기 코팅 대상물 기재로는, 유리섬유, 탄소섬유, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 실크, 면사, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산) 등에서 선택되는 하나 이상의 원사로 제작된 직물, 천연피역, 인조피역 등이 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 코팅 방법에 의해 코팅된 섬유, 원단 또는 직물을 포함하는, 화생방 보호의 외피를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 화생방 보호의 외피를 포함하는, 화생방 보호의를 제공한다.
본 발명에 따른 화생방 보호의 외피 및 이를 포함하는 화생방 보호의는 발수, 발유, 특히, 화학 작용제에 대한 차단 성능이 동시에 확보되는 효과가 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 코팅용 조성물 제조 및 직물 코팅
1. 코팅용 조성물의 제조
알루미늄 나노입자와 C6의 탄화불소계 화합물(undecafluorohexanoic acid)을 방향족 용매(톨루엔)에 첨가한 뒤 교반하여, 알루미늄 나노입자 표면에 C6 이하의 탄화불소계 화합물이 포함되어 있는 코팅층을 형성시켰다.
표면이 코팅된 알루미늄 나노입자를 정제 및 분리한 후, 용매(아이소프로필 알콜)에 첨가하여 코팅용 조성물을 제조하였다.
2. 직물 코팅
직물의 표면을 플라즈마를 사용하여 전처리하여 직물 표면에 나노구조 및 마이크로구조를 형성시켰다.
나노구조 및 마이크로구조가 형성된 직물의 표면을 제조된 코팅용 조성물로 코팅하였다.
이후, 약 80 ℃ - 120 ℃의 온도로 열처리하여 코팅용 조성물을 직물 표면에 고정화하였다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코팅용 조성물을 사용하여 직물의 표면을 코팅할 경우 효과를 간략히 보여주는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 표면이 코팅된 알루미늄 나노입자를 사용하여 직물의 표면을 코팅할 경우, 직물 표면에 물과 화학 작용제에 대한 반발력 특성이 부여됨을 확인할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코팅용 조성물 제조 과정 및 이를 사용한 직물의 코팅 과정을 간략히 보여주는 공정도이다.
도 2를 참조하면, 알루미늄 나노입자와 C6 이하의 탄화불소계 화합물을 준비하고 용매와 혼합하는 단계, 탄화불소계 화합물로 알루미늄 나노입자의 표면에 코팅층을 형성시키는 단계, 코팅된 알루미늄 나노입자가 포함된 코팅액을 준비하는 단계, 직물 표면을 전처리하여 구조화하는 단계, 코팅용 조성물로 직물을 코팅하는 단계, 코팅된 직물을 열처리하는 단계의 순서로 공정이 진행됨을 이해할 수 있다.
< 실시예 2> 코팅용 조성물 제조 및 직물 코팅
C4의 탄화불소계 화합물(heptafluorobutyric acid)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅용 조성물을 제조하여 직물을 코팅하였다.
< 비교예 > 코팅용 조성물 제조 및 직물 코팅
비불소계 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅용 조성물을 제조하여 직물을 코팅하였다.
< 실험예 1> 코팅용 조성물을 사용하여 코팅된 직물의 표면 관찰
실시예 1의 코팅용 조성물을 사용하여 코팅된 직물의 표면을 주사전자현미경(SEM)을 통해 관찰하였다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 따라 코팅된 직물의 (a) 코팅 전 표면의 SEM 이미지 및 (b) 코팅 후 표면의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 코팅 후 직물의 표면에 표면 코팅층이 형성된 알루미늄 나노입자가 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.
< 실험예 2> 코팅된 직물의 발수 및 화학 작용제 차단 성능 확인
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 코팅된 직물의 표면에서, 물과 화학 작용제(HD)에 대한 접촉각을 측정하여 발수 및 화학 작용제 차단 성능(발유)을 평가하였다.
도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코팅용 조성물로 코팅된 직물과 비불소계 화합물을 사용하여 제조된 코팅용 조성물로 코팅된 직물의 표면에서 물 및 화학 작용제(HD)에 대한 접촉각을 측정한 결과이다.
도 4를 참조하면, 비불소계를 사용한 비교예의 경우 화학 작용제(HD)에 대한 차단 성능을 나타내지 못했고, 물에 대한 접촉각이 가장 작아 낮은 발수 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이와 비교하여, 본 발명에 따른 코팅용 조성물을 사용한 실시예 1과 2의 경우, 화학 작용제(HD)에 대한 차단 성능이 확보되었을 뿐만 아니라, 물에 대한 접촉각이 증가하여 발수 성능이 향상된 것을 알 수 있다.
또한, C4의 탄화불소계 화합물을 사용한 경우(실시예 2)에 C6의 탄화불소계 화합물을 사용한 경우(실시예 1)보다 발수성이 더 증가되었으며, C6의 탄화불소계 화합물을 사용한 경우(실시예 1)에 C4의 탄화불소계 화합물을 사용한 경우(실시예 2) 보다 화학 작용제(HD)에 대한 차단 성능이 더 향상된 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 코팅용 조성물을 사용하여 직물의 표면을 코팅하는 경우, 발수성과 발유성 특히, 화학 작용제에 대한 차단 성능이 동시에 확보되는 것을 알 수 있으며, 화생방 보호의 제조에 적합함을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 알루미늄을 포함하는 나노입자; 및
    상기 나노입자 표면에 형성된 코팅층;을 포함하고,
    상기 코팅층은, C6 이하의 탄화불소계 화합물을 포함하는 것인,
    코팅용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자는,
    알루미늄 옥사이드 하이드록사이드 (Aluminum oxide hydroxide, AlHO2) 나노입자를 포함하는 것인,
    코팅용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자의 크기는,
    1 nm 내지 500 nm 인 것인,
    코팅용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄화불소계 화합물은,
    카르복실기(-COOH) 작용기를 갖는 것인,
    코팅용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄화불소계 화합물은,
    트리플루오로아세트산 (trifluoroacetic acid), 펜타플루오로프로피온산 (pentafluoropropionic acid), 테트라플루오로숙신산 (tetrafluorosuccinic acid), 헵타플루오로뷰티르산 (heptafluorobutyric acid), 헥사플루오로글루타르산 (hexafluoroglutaric acid), 노나플루오로발레르산 (nonafluorovaleric acid), 옥타플루오로아디프산 (octafluoroadipic acid), 운데카플루오로헥산산 (undecafluorohexanoic acid), 트리데카플루오로헵탄산 (tridecafluoroheptanoic acid) 및 도데카플루오로수베르산 (dodecafluorosuberic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    코팅용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자와 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물은 위상 반응 (topotactic reaction)을 하는 것인,
    코팅용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코팅용 조성물은 섬유 코팅용인 것인,
    코팅용 조성물.
  8. 나노입자와 C6 이하의 탄화불소계 화합물을 방향족 용매에 첨가 및 교반하여, 상기 나노입자 표면에 코팅층을 형성시키는 단계;
    상기 코팅층이 형성된 나노입자를 정제 및 분리하는 단계; 및
    상기 분리된 나노입자를 용매에 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하고,
    상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물은 상기 나노입자 표면에 코팅층을 형성하는 것인,
    코팅용 조성물의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방향족 용매는,
    벤젠, 자일렌, 클로로벤젠, 톨루엔 및 피리딘으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    코팅용 조성물의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 코팅층은,
    상기 나노입자와 상기 C6 이하의 탄화불소계 화합물의 위상 반응 (topotactic reaction)에 의하여 형성되는 것인,
    코팅용 조성물의 제조방법.
  11. 코팅 대상물 기재 표면을 전처리하는 단계; 및
    상기 전처리된 기재 표면을, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 코팅용 조성물 또는 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 코팅용 조성물을 이용하여 코팅하는 단계;를 포함하는,
    기재의 코팅방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전처리하는 단계는,
    상기 기재 표면상에 나노구조, 마이크로구조 또는 이 둘을 형성하는 것인,
    기재의 코팅방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계는,
    딥 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 그라비아 코팅 및 바 코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 코팅 방법을 사용하여 수행하는 것인,
    기재의 코팅방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계는,
    상기 코팅용 조성물 도포 후, 0.1 MPa 내지 1 MPa의 압력을 가하는 것인,
    기재의 코팅방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계; 이후에,
    상기 코팅된 기재를 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것인,
    기재의 코팅 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 코팅 대상물 기재는, 섬유, 원단 또는 직물인 것인,
    기재의 코팅 방법.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항의 코팅 방법에 의해 코팅된 섬유, 원단 또는 직물을 포함하는,
    화생방 보호의 외피.
  18. 제17항의 화생방 보호의 외피를 포함하는,
    화생방 보호의.
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