KR20230144377A - 방오 코팅막 및 그 제조방법 - Google Patents

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고영덕
김광주
김진주
임명혁
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Abstract

본 명세서에서는, 친수 및 소수 성능을 동시에 갖는 하이브리드 방오 코팅막 및 그 제조방법에 관한 것을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법은, 친수성 용액이 소수성 용액에 분산된, 에멀젼 혼합 코팅액을 제조하는 단계; 기재 표면에 상기 에멀젼 혼합 코팅액을 도포하는, 코팅액 도포 단계; 자연 증발에 의하여, 상 변화를 유도하는 단계; 및 건조 단계를 포함할 수 있다.

Description

방오 코팅막 및 그 제조방법 {Antifouling coating film and its manufacturing method}
본 발명은 방오 코팅막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 친수 및 소수 성능을 동시에 갖는 하이브리드 코팅막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
친수성과 소수성 표면을 동시에 갖는 코팅막은, 기재 표면에 부착된 오염물질이 불안정한 상태가 되기 때문에 청소성이 향상될 수 있다.
통상적으로, 친수성과 소수성을 동시에 가지는 표면을 형성하기 위해, 친수 코팅막에 소수성 미세입자가 함침되는 방식을 활용한다. 다만, 소수성 미세입자가 표면에 부상하기 쉽지 않고, 랜덤하게 분포하여 균일한 표면을 구현하기 어려운 점이 있다.
균일한 표면 구조를 형성하기 위한 방법으로는, 친수성-소수성 블록 공중합체를 기재 상부에 스핀-코팅하여 하이브리드 나노구조를 구현하는 방식이 있다. 그러나, 이러한 방법은 친수성-소수성 고분자 공중합체를 합성하는 단계가 별도로 필요하므로, 제조방법이 복잡하고 가격이 비싸다. 또한, 이러한 방법은 나노 단위의 막과 구조 형성으로 제한된다는 제약이 있다.
또한, 포토 리소그래피 공정으로 요철 구조의 표면을 형성한 후, 특정 표면을 불소 혹은 실리콘화합물을 이용해 소수성으로 개질하는 방식도 활용된다. 그러나, 이러한 방식은, 장비가 매우 고가이고, 패턴 형성에 소요되는 시간이 길다는 단점이 있다. 또한, 이러한 방식은, 패턴의 형상이 대면적에 접합하지 않으므로, 산업체에서 실제로 응용되는 데에는 많은 제약이 따른다.
따라서, 복잡한 장비나 별도의 물질 합성 없이, 단순하고 경제적으로 친수성과 소수성 표면을 동시에 갖는 코팅막을 제조하는 방법이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 사용 환경에 따라 친수 및 소수 영역을 제어하여 청소성을 극대화시킨, 방오 코팅막을 제공하는데 있다.
또한, 용액 기반으로 단순하고 경제적인, 방오 코팅막의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법은, 친수성 용액이 소수성 용액에 분산된, 에멀젼 혼합 코팅액을 제조하는 단계; 기재 표면에 상기 에멀젼 혼합 코팅액을 도포하는, 코팅액 도포 단계; 자연 증발에 의하여, 상 변화를 유도하는 단계; 및 건조 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법은, 상기 코팅액 도포 단계 이전에, 기재 표면에 프라이머를 도포하는, 프라이머 도포 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법에서, 상기 친수성 용액은, 친수성 고분자를 포함하고, 상기 친수성 고분자는, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피리딘 (polyvinylpyridine, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid, PAA), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리알릴아민 (polyallylamine), 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine), 폴리알킬옥사졸린 (polyalkyloxazoline) 및 폴리알킬아민(polyalkylamine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법에서, 상기 친수성 용액은, 친수성 용매를 포함하고, 상기 친수성 용매는, 물, 알코올, 아세톤 및 메탄올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법에서, 상기 소수성 용액은, 소수성 고분자를 포함하고, 상기 소수성 고분자는, 불소실리콘, 아크릴, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법에서, 상기 소수성 용액은, 소수성 용매를 포함하고, 상기 소수성 용매는, 하이드로플루오로에테르 (HFE), 플루오로에틸렌비닐에테르 (FEVE), 헥세인, 벤젠 및 톨루엔 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법에서, 상기 에멀젼 혼합 코팅액은, 중량%로, 친수성 용액: 90 내지 99%, 나머지 소수성 용액 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법에서, 상기 에멀젼 혼합 코팅액은, SiO2 나노입자 및 대전방지제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법에서, 상기 기재는, 전기아연도금강판 (EGI), 폴리 프로필렌 (PP) 및 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법에서, 상기 코팅액 도포 단계는, Wet-on-Wet 또는 Dry-on-Dry 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법에서, 상기 건조 단계는, 60 내지 150℃에서, 10 내지 30분간 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막은, 친수성 고분자와 소수성 고분자를 모두 포함하고, 면적분율로, 친수 영역 3.3 내지 31% 및 나머지 소수 영역을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막에서, 상기 친수성 고분자는, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피리딘 (polyvinylpyridine, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid, PAA), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리알릴아민 (polyallylamine), 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine), 폴리알킬옥사졸린 (polyalkyloxazoline) 및 폴리알킬아민(polyalkylamine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막에서, 상기 소수성 고분자는, 불소실리콘, 아크릴, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막은, SiO2 나노입자 및 대전방지제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기용 패널은, 기재; 및 상기 기재 상부에 마련된 방오 코팅막을 포함하고, 상기 방오 코팅막은, 친수성 고분자와 소수성 고분자를 모두 포함하고, 면적분율로, 친수 영역 3.3 내지 31% 및 나머지 소수 영역을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기용 패널에서, 상기 기재는, 전기아연도금강판 (EGI), 폴리 프로필렌 (PP) 및 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기용 패널에서, 상기 친수성 고분자는, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피리딘 (polyvinylpyridine, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid, PAA), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리알릴아민 (polyallylamine), 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine), 폴리알킬옥사졸린 (polyalkyloxazoline) 및 폴리알킬아민(polyalkylamine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기용 패널에서, 상기 소수성 고분자는, 불소실리콘, 아크릴, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기용 패널에서, 상기 방오 코팅막은, SiO2 나노입자 및 대전방지제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 의하면, 사용 환경에 따라 친수 및 소수 영역을 제어하여 청소성을 극대화시킨 방오 코팅막을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 의하면, 용액 기반으로 단순하고 경제적인, 방오 코팅막의 제조방법을 제공할 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예 들에 따른 방오 코팅막 및 그 제조방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 예에 따른 방오 코팅막 제조방법의 흐름도이다.
도 2는, 본 발명의 일 예에 따른 에멀젼 혼합 코팅액의 모식도이다.
도 3은, 본 발명의 일 예에 따른 방오 코팅막 형성 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 친수성 용액 90 중량%를 포함하는 에멀젼 혼합 코팅액으로, Dry on Dry 방식에 의해 제조된 방오 코팅막을, 주사전자현미경(Scanning Electrone Microscope, SEM)으로 500배 확대 촬영한 사진이다.
도 5는, 친수성 용액 90 중량%를 포함하는 에멀젼 혼합 코팅액으로, Wet on Wet 방식에 의해 제조된 방오 코팅막을 주사전자현미경(Scanning Electrone Microscope, SEM)으로 500배 확대 촬영한 사진이다.
도 6은, 친수성 용액 90 중량%를 포함하는 에멀젼 혼합 코팅액으로 제조된 방오 코팅막을 주사전자현미경(Scanning Electrone Microscope, SEM)으로 10000배 확대 촬영한 사진이다.
도 7은, 미코팅 기재를, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염시킨 후의 모습을 3D 현미경으로 이미지화한 사진이다.
도 8은, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염된 미코팅 기재를, 면포로 청소한 후의 모습을 3D 현미경으로 이미지화한 사진이다.
도 9는, 방오 코팅 기재를, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염시킨 후의 모습을 3D 현미경으로 이미지화한 사진이다.
도 10은, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염된 방오 코팅 기재를, 면포로 청소한 후의 모습을 3D 현미경으로 이미지화한 사진이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명은 친수성과 소수성 표면을 동시에 갖는 고분자 또는 고분자 복합재료 코팅막에 대한 것이다.
친수성과 소수성 표면을 동시에 갖는 코팅막은 청소성이 매우 우수하다. 오염물질이 코팅막의 친수성 부분과 소수성 부분 모두에 접하게되면 불안정한 상태가 되므로, 기류, 수분, 진동 등에 의해 오염물이 쉽게 탈락될 수 있기 때문이다. 또한, 코팅막 표면의 친수성 물질이 정전기를 제거하므로, 대전에 의한 오염물의 부착도 억제되어 오염 방지 효과도 우수하다. 따라서, 본 발명에 의한 방오 코팅막은, 에어컨, 공기청정기, 크로스 팬 등 가전기기의 패널과 같이, 쉽게 오염될 수 있는 부품에 적용될 수 있다.
본 발명에서는, 에멀젼 혼합 코팅액을 기재 표면에 도포한 후 내부 입자의 상변화를 유도하여, 친수 및 소수 성능을 동시에 갖는 하이브리드 코팅막을 구현하고 있다. 따라서, 고분자 용액을 기재 위에 도포한 후 용매를 증발시킨 다음 비용매에 담그는, 상전환법(Phase-inversion method)과 상이한 기술이다. 상전환법은, 용매와 비용매간 치환 속도차를 통해 막의 구조가 형성되는 방식을 취한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법은, 친수성 용액이 소수성 용액에 분산된, 에멀젼 혼합 코팅액을 제조하는 단계; 기재 표면에 상기 에멀젼 혼합 코팅액을 도포하는, 코팅액 도포 단계; 자연 증발에 의하여, 상 변화를 유도하는 단계; 및 건조 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막의 제조방법은, 상기 코팅액 도포 단계 이전에, 기재 표면에 프라이머를 도포하는, 프라이머 도포 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 예에 따른 방오 코팅막 제조방법의 흐름도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 방오 코팅막 제조방법은, 일련의 코팅액 제조, 코팅액 도포, 상 변화 유도 및 건조 단계를 포함할 수 있다.
상기 코팅액 제조 단계에서는, 소수성 용액이 친수성 용액에 분산된, 에멀젼 혼합 코팅액을 제조할 수 있다. 상기 친수성 용액은, 친수성 고분자를 친수성 용매에 용해시켜 제조할 수 있고, 상기 소수성 용액은, 소수성 고분자를 소수성 용매에 용해시켜 제조할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 예에 따른 에멀젼 혼합 코팅액의 모식도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 에멀젼 혼합 코팅액은, 친수성 용액 내에 소수성 용액 입자가 균일하게 분산되어 있는 형태임을 알 수 있다.
한편, 소수성 용액 입자가 친수성 용액에 균일하게 분산될 수 있도록, 소니케이션(sonication), 호모게나이저(homogenizer) 등의 혼합 설비를 적용할 수 있다. 소니케이션은, 초음파를 이용하여 친수성 용액 내의 소수성 용액 입자를 섞어주고, 융합하려는 소수성 용액 입자들을 쪼개는 역할을 수행할 수 있다. 호모게나이저는, 기계적으로 소수성 용액 입자들을 혼합해주는 역할을 수행할 수 있다.
상기 친수성 용액은, 친수성 고분자를 포함하고, 상기 친수성 고분자는, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피리딘 (polyvinylpyridine, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid, PAA), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리알릴아민 (polyallylamine), 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine), 폴리알킬옥사졸린 (polyalkyloxazoline) 및 폴리알킬아민(polyalkylamine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않고, 극성을 띄는 고분자를 활용할 수도 있다. 한편, 친수성 용액 농도의 상한이 15%인 점을 고려할 때, 친수성 용매에 대한 용해도가 15% 이상인 친수성 고분자를 선택하는 것이 바람직하다. 여기서 용해도란, 용매에 대해 용해될 수 있는 용질의 최대량을 의미한다.
상기 친수성 용액은, 친수성 용매를 포함하고, 상기 친수성 용매는, 물, 알코올, 아세톤 및 메탄올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않고, 극성을 띄는 용매를 활용할 수도 있다. 이 때, 친수성 고분자가 15% 이상 용해될 수 있는 친수성 용매를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 친수성 용매의 증발속도가 빠를수록 코팅막 표면의 균일도가 증가하므로, 증기압이 높은 친수성 용매를 선택하는 것이 유리할 수 있다.
한편, 친수성 용액은, 농도가 3 내지 15%로 제조하는 것이 바람직하다.
친수성 용액의 농도가 너무 낮은 경우에는, 방오 코팅막의 친수영역 면적분율이 지나치게 낮아져 청소성이 열위해질 수 있다. 그러나, 친수성 용액의 농도가 너무 높은 경우에는, 용액의 점성이 증가하여, 생산성이 떨어질 수 있다.
상기 소수성 용액은, 소수성 고분자를 포함하고, 상기 소수성 고분자는, 불소실리콘, 아크릴, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않고, 무극성을 띄는 고분자를 활용할 수도 있다. 한편, 소수성 용액 농도의 상한이 15%인 점을 고려할 때, 소수성 용매에 대한 용해도가 15% 이상인 소수성 고분자를 선택하는 것이 바람직하다. 여기서 용해도란, 용매에 대해 용해될 수 있는 용질의 최대량을 의미한다.
상기 소수성 용액은, 소수성 용매를 포함하고, 상기 소수성 용매는, 하이드로플루오로에테르 (HFE), 플루오로에틸렌비닐에테르 (FEVE), 헥세인, 벤젠 및 톨루엔 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않고, 무극성을 띄는 용매를 활용할 수도 있다. 이 때, 소수성 고분자가 15% 이상 용해될 수 있는 소수성 용매를 선택하는 것이 바람직하다.
한편, 소수성 용액은, 농도가 3 내지 15%로 제조하는 것이 바람직하다.
소수성 용액의 농도가 너무 낮은 경우에는, 에멀젼 혼합 코팅액 내에서 상 구분이 어려울 수 있다. 그러나, 소수성 용액의 농도가 너무 높은 경우에는, 에멀젼 불안정으로 인해 코팅막이 불균일하게 나타날 수 있다.
상기 에멀젼 혼합 코팅액은, 중량%로, 친수성 용액: 90 내지 99%, 나머지 소수성 용액 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명은 사용 환경에 따라 친수 및 소수 영역을 제어하여 청소성을 극대화시키고자 하는 것이 주요한 일 특징이다. 따라서, 방오 코팅막 표면의 친수 및 소수 영역을 제어하기 위해 친수성 용액 및 소수성 용액의 함량을 조절할 수 있다.
친수성 용액 내부에 소수성 용액 입자가 분산될 수 있도록 하기 위해 친수성 용액이 다량 필요하므로, 친수성 용액의 함량은 90 중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 친수성 용액의 함량이 99% 초과하는 경우에는, 소수성 용액 입자가 친수성 용액 내에 갇힐 수 있다.
소수성 용액의 함량이 너무 낮으면, 에멀젼 혼합 코팅액 내의 소수성 용액 입자 크기가 너무 작아져서, 자연건조에 의한 상변화가 일어나기 어렵다. 상변화가 일어나지 않는다면, 소수성 용액 입자가 친수성 용액 내부에 갇히므로, 친수 및 소수 성능을 동시에 갖는 하이브리드 코팅막을 제조하기 어렵게 된다. 그러나, 소수성 용액의 함량이 너무 높은 경우에는, 소수성 용액 입자가 표면으로 부상하기 힘들어 하이브리드 코팅막 구현이 어려울 수 있다.
통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
상기 에멀젼 혼합 코팅액은, SiO2 나노입자 및 대전방지제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
SiO2 나노입자는 방오 코팅막의 강도를 보강하는 효과가 있고, 대전방지제는 대전에 의한 오염물 부착을 억제하는 효과를 극대화할 수 있다. 한편, 대전방지제로써 ZOT(Zn-Sn-O) 입자를 활용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다음으로, 제조된 에멀젼 혼합 코팅액을 기재 표면에 도포하는, 코팅액 도포 단계를 수행할 수 있다.
한편, 상기 코팅액 도포 단계 이전에, 기재 표면에 프라이머를 도포하는, 프라이머 도포 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 프라이머 도포 단계는, 기재의 종류에 따라 필요 시 추가로 수행될 수 있다. 프라이머 도포 단계가 필요한 기재는, 폴리 프로필렌 (PP) 및 스티렌-아크릴로니트릴(SAN)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 기재는, 전기아연도금강판 (EGI), 폴리 프로필렌 (PP) 및 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 목적 및 용도에 따라 보다 적합한 기재를 선택할 수도 있다.
상기 코팅액 도포 단계는, Wet-on-Wet 또는 Dry-on-Dry 방식으로 수행될 수 있다.
Wet-on-Wet 방식은, 프라이머나 하도막이 충분히 건조되지 않은 상태에서 에멀젼 혼합 코팅액을 도포하는 방식이다. Wet-on-Wet 방식은 생산성이 우수하다.
Dry-on-Dry 방식은, 프라이머나 하도막을 충분히 건조시킨 후 에멀젼 혼합 코팅액을 도포하는 방식이다. Dry-on-Dry 방식은, 코팅막의 균일도가 우수한 코팅막을 구현할 수 있다.
Wet-on-Wet 방식의 경우에는, 프라이머나 하도막이 코팅제와 일부 섞이면서 소수성 고분자의 농도가 감소할 수 있다. 따라서, 표면의 친수 영역 형성이 유리해질 수 있다. 즉, Wet-on-Wet 방식의 경우에는, 친수성 용액의 함량이 증가할수록 방오 코팅막 표면의 친수 영역의 면적분율이 증가하고, 소수성 용액의 함량이 증가할수록 방오 코팅막 표면의 소수 영역의 면적분율이 증가한다.
그러나, Dry-on-Dry 방식의 경우에는, 친수성 용액의 함량이 증가할수록 친수성 용액과 소수성 용액의 상 분리 및 상 변화가 발생하기 어려울 수 있다. 따라서, 친수성 용액의 함량이 증가할수록 방오 코팅막 표면의 친수 영역의 면적분율이 감소하게 된다.
본 발명에서는, 기재 종류, 에멀젼 혼합 코팅액 내 소수성 용액의 중량% 등에 따라 적합한 코팅액 도포 방식을 선택할 수 있다.
다음으로, 자연 증발에 의하여, 상 변화를 유도하는 단계 및 건조 단계를 수행할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 예에 따른 방오 코팅막 형성 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 먼저 코팅액을 도포한 기재를 상온에서 건조시켜 상변화를 유도할 수 있다. 상온 건조 과정에서 코팅액 내 용매는 자연 증발이 일어나게 된다. 이때, 친수성 용액과 소수성 용액 입자 계면은 열역학적인 관점에서 불안정이 일어나는 임계 농도에 도달하게 된다. 임계 농도에 도달하게 되면, 계면 에너지가 감소하는 방향으로 소수성 용액 입자의 합체(Coalescence) 혹은 크리밍(Creaming) 등의 상변화가 일어난다. 이러한 상변화를 통해 소수성 용액 입자는 코팅액 상부 표면으로 부상하게 된다.
한편, 소수성 용액 입자의 상변화가 충분히 이루어지지 않은 상태에서 고온 건조를 수행하면, 소수성 용액 입자가 코팅액 상부 표면으로 부상하지 못하고 친수성 용액 내부에 갇히므로, 친수 및 소수 성능을 동시에 갖는 하이브리드 코팅막 구현이 어려울 수 있다.
다음으로, 기재 표면에 도포된 코팅액을 고온 건조시키는, 건조 단계를 수행할 수 있다.
상기 건조 단계는, 60 내지 150℃에서, 10 내지 30분간 수행될 수 있다.
건조 온도가 너무 높으면, 증발속도가 지나치게 빨라 코팅막에 크랙이 발생할 수 있다. 그러나, 건조 온도가 너무 낮으면, 코팅막의 균일도가 떨어지고, 공정시간이 늘어나므로 생산성이 저하될 수 있다.
건조 시간이 너무 짧으면, 완전 건조가 이루어지지 않아 코팅막이 제대로 형성되지 못한다. 그러나, 건조 시간이 너무 길면, 과경화에 의한 코팅막 크랙이 발생할 수 있다.
한편, 상 변화 이후에는 용매가 빠르게 증발할수록 코팅막 균일도가 증가하므로, 건조 온도가 높은 것이 유리할 수 있다. 다만, 코팅액 조성 및 기재 종류에 따라 건조 온도를 다르게 선택하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 방오 코팅막에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막은, 친수성 고분자와 소수성 고분자를 모두 포함하고, 면적분율로, 친수 영역 3.3 내지 31% 및 나머지 소수 영역을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 사용 환경에 따라 친수 및 소수 영역을 제어하여 청소성을 극대화시키고자 하는 것이 주요한 일 특징이다. 친수성 용액 및 소수성 용액의 함량과 코팅액 도포 방식을 조절함으로써, 친수 및 소수 영역을 제어할 수 있다.
친수 영역이 넓을수록, 습도가 높은 환경에서 유리할 수 있다. 습도가 높은 환경에서는, 먼저 대기중의 수분이 방오 코팅막에 부착되고, 그 후 오염물이 쌓이게 된다. 따라서, 친수 영역이 넓은 코팅막을 활용하여 청소성을 높이는 것이 효과적이다. 한편, 소수 영역이 넓은 경우에는, 오염물이 코팅막에 달라붙지 않도록 하는 오염 방지 기능이 향상될 수 있다.
본 발명에서 제시하는, 친수성 용액 및 소수성 용액의 함량과 코팅액 도포 방식을 조절함으로써, 면적분율로, 친수 영역 3.3 내지 31% 및 나머지 소수 영역을 포함하는 방오 코팅막을 구현할 수 있다.
도 4는, 친수성 용액 90 중량%를 포함하는 에멀젼 혼합 코팅액으로, Dry on Dry 방식에 의해 제조된 방오 코팅막을, 주사전자현미경(Scanning Electrone Microscope, SEM)으로 500배 확대 촬영한 사진이고, 도 5는, 친수성 용액 90 중량%를 포함하는 에멀젼 혼합 코팅액으로, Wet on Wet 방식에 의해 제조된 방오 코팅막을 주사전자현미경(Scanning Electrone Microscope, SEM)으로 500배 확대 촬영한 사진이다.
도 4를 참고하면, 친수성 용액 함량을 낮추고, 코팅액을 Dry on Dry 방식으로 도포함으로써, 친수 영역의 면적분율이 넓게 나타나도록 제어했다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 5를 참고하면, 친수성 용액 함량을 낮추고, 코팅액을 Wet on Wet 방식으로 도포함으로써, 친수 영역의 면적분율이 좁게 나타나도록 제어했다는 것을 확인할 수 있다.
추가적으로, 건조 온도, 용매 종류 등에 따라 소수 영역 내 기공의 크기를 조절함으로써, 친수 및 소수 영역을 제어할 수도 있다.
도 6은, 친수성 용액 90 중량%를 포함하는 에멀젼 혼합 코팅액으로 제조된 방오 코팅막을 주사전자현미경(Scanning Electrone Microscope, SEM)으로 10000배 확대 촬영한 사진이다.
도 6을 참고하면, 소수 영역 내 미세 기공이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 소수성 용액의 용매는 대부분 코팅막 표면에 존재하므로, 증발이 비교적 빠르게 발생할 수 있다. 따라서, 소수 영역의 경우에는, 미세 기공이 형성될 수 있다.
한편, 소수 영역 내 기공의 크기는, 상기 건조 단계의 건조 온도 및 소수성 용매의 종류에 따라 제어될 수 있다. 건조 온도가 낮거나, 증발 속도가 느린 소수성 용매를 사용할 경우에는, 소수 영역 내 기공의 크기가 작아질 수 있다. 소수 영역 내 기공의 크기가 작아지면, 소수 영역에 따른 방오 효과를 더욱 높일 수 있다.
즉, 친수성 용액 및 소수성 용액의 함량, 코팅액 도포 방식, 건조 온도, 용매 종류 등에 따라 친수 및 소수 영역을 제어한다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 예에 의하면, 용액 기반으로 단순하고 경제적으로 친수 및 소수 영역을 동시에 갖는 방오 코팅막을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 예에 의하면, 복잡한 장비나 별도의 물질 합성 없이, 친수 및 소수 영역을 제어할 수 있다.
한편, 상기 친수성 고분자는, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피리딘 (polyvinylpyridine, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid, PAA), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리알릴아민 (polyallylamine), 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine), 폴리알킬옥사졸린 (polyalkyloxazoline) 및 폴리알킬아민(polyalkylamine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 소수성 고분자는, 불소실리콘, 아크릴, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방오 코팅막은, SiO2 나노입자 및 대전방지제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상술한 것처럼, SiO2 나노입자는 방오 코팅막의 강도를 보강하는 효과가 있고, 대전방지제는 대전에 의한 오염물 부착을 억제하는 효과를 극대화할 수 있다. 한편, 대전방지제로써 ZOT(Zn-Sn-O) 입자를 활용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 가전기기용 패널에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기용 패널은, 기재; 및 상기 기재 상부에 마련된 방오 코팅막을 포함하고, 상기 방오 코팅막은, 친수성 고분자와 소수성 고분자를 모두 포함하고, 면적분율로, 친수 영역 3.3 내지 31% 및 나머지 소수 영역을 포함할 수 있다.
가전기기의 사용 환경에 따라 상기 방오 코팅막의 친수 및 소수 영역의 면적분율을 제어할 수 있다. 예를 들면, 에어컨, 가습기 등 습도가 높은 환경에서 사용되는 가전기기의 경우에는, 친수 영역이 넓은 방오 코팅막을 활용한 가전기기용 패널을 사용함으로써, 효과적으로 청소성을 향상시킬 수 있다.
상기 기재는, 전기아연도금강판 (EGI), 폴리 프로필렌 (PP) 및 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 가전기기의 목적 및 용도에 따라 보다 적합한 기재를 선택할 수도 있다.
상기 친수성 고분자는, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피리딘 (polyvinylpyridine, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid, PAA), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리알릴아민 (polyallylamine), 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine), 폴리알킬옥사졸린 (polyalkyloxazoline) 및 폴리알킬아민(polyalkylamine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 소수성 고분자는, 불소실리콘, 아크릴, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가전기기용 패널은, SiO2 나노입자 및 대전방지제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상술한 것처럼, SiO2 나노입자는 방오 코팅막의 강도를 보강하는 효과가 있고, 대전방지제는 대전에 의한 오염물 부착을 억제하는 효과를 극대화할 수 있다. 한편, 대전방지제로써 ZOT(Zn-Sn-O) 입자를 활용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이하에서, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 실시예 및 비교예를 기재한다. 다만, 하기 기재는 본 발명의 내용 및 효과에 관한 일 예에 해당할 뿐, 본 발명의 권리범위 및 효과가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
{실시예}
<친수 및 소수 영역 면적분율 측정 시험>
아래 표 1에는, 본 발명의 일 예에 따른 방오 코팅막에 대해, 주사전자현미경(Scanning Electrone Microscope, SEM)을 이용하여, 친수 및 소수 영역의 면적분율을 측정해 나타냈다. 특히, 친수성 및 소수성 용액의 함량과 도포 방식에 따른, 친수 및 소수 영역의 면적분율을 나타냈다.
시편은, 전기이연도금강판(EGI) 기재, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA)을 물에 용해시킨 친수성 용액 및 불소실리콘을 하이드로플루오로에테르 (HFE)에 용해시킨 소수성 용액을 사용하여 제조하였다. 건조 단계는, 150℃에서 20분간 수행했다.
코팅액 도포 방식 Dry on Dry Wet on Wet
친수성 용액 함량
(중량%)		 90 95 90 99
친수 영역 면적분율(%) 17 9 3.5 31
표 1을 참고하면, 친수 영역 면적분율은, 친수성 용액 및 소수성 용액의 함량과 코팅액 도포 방식에 따라 제어된다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, Dry on Dry 방식의 경우에는 친수성 용액의 함량이 증가할수록 친수 영역의 면적분율이 감소하고, Wet on Wet 방식의 경우에는 친수성 용액의 함량이 증가할수록 친수 영역의 면적분율이 증가한다는 것을 확인할 수 있었다.
<청소성 시험>
청소성 시험은, 10℃ 및 습도 80%인 저온 다습한 환경에서, 각 시편에 대해, 3D 현미경으로 이미지화한 사진을 바탕으로, 오염도를 측정함으로써 수행했다.
각 시편은, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 5일간 방치하여 오염시켰고, 동일한 면포로 문질러 청소했다.
3D 현미경으로 이미지화한 사진에서, 밝은 부분은 먼지가 부착되어 오염된 부분이고, 어두운 부분은 깨끗한 부분이다.
오염도는, 시편 전체 면적 대비 먼지가 부착되어 있는 면적을 의미한다.
도 7은, 미코팅 기재를, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염시킨 후의 모습을 3D 현미경으로 이미지화한 사진이고, 도 8은, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염된 미코팅 기재를, 면포로 청소한 후의 모습을 3D 현미경으로 이미지화한 사진이다.
한편, 도 7 및 도 8의 시편은, 전기이연도금강판(EGI) 기재를 사용했다.
도 9는, 방오 코팅 기재를, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염시킨 후의 모습을 3D 현미경으로 이미지화한 사진이고, 도 10은, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염된 방오 코팅 기재를, 면포로 청소한 후의 모습을 3D 현미경으로 이미지화한 사진이다.
한편, 도 9 및 도 10의 시편은, 전기이연도금강판(EGI) 기재, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA)을 물에 용해시킨 친수성 용액 및 불소실리콘을 하이드로플루오로에테르 (HFE)에 용해시킨 소수성 용액을 사용하여 제조했다. 에멀젼 혼합 코팅액은, 친수성 용액 90 중량%, 나머지 소수성 용액 및 기타 불순물을 포함하도록 제조했다. 도포 방식은 Dry on Dry 방식으로 수행했고, 건조 단계는 150℃에서 20분간 수행했다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 미코팅 기재의 경우에는, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염시킨 후의 오염도가 94.8%로 나타났고, 면포로 청소한 후의 오염도가 71.9%로 나타났다. 즉, 미코팅 기재는, 오염 방지가 거의 되지 않았을 뿐만 아니라, 청소성도 열위했다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 방오 코팅 기재의 경우에는, 10℃ 및 습도 80%인 환경에서 오염시킨 후의 오염도가 13.5%로 나타났고, 면포로 청소한 후의 오염도가 0.1%로 나타났다. 즉, 방오 코팅 기재는, 오염 방지 효과가 매우 우수했을 뿐만 아니라, 청소성도 월등히 향상되었다.

Claims (20)

  1. 친수성 용액이 소수성 용액에 분산된, 에멀젼 혼합 코팅액을 제조하는 단계;
    기재 표면에 상기 에멀젼 혼합 코팅액을 도포하는, 코팅액 도포 단계;
    자연 증발에 의하여, 상 변화를 유도하는 단계; 및
    건조 단계를 포함하는, 방오 코팅막의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅액 도포 단계 이전에, 기재 표면에 프라이머를 도포하는, 프라이머 도포 단계를 더 포함하는, 방오 코팅막의 제조방법.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 친수성 용액은, 친수성 고분자를 포함하고,
    상기 친수성 고분자는, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피리딘 (polyvinylpyridine, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid, PAA), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리알릴아민 (polyallylamine), 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine), 폴리알킬옥사졸린 (polyalkyloxazoline) 및 폴리알킬아민(polyalkylamine) 중 적어도 하나를 포함하는, 방오 코팅막의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 친수성 용액은, 친수성 용매를 포함하고,
    상기 친수성 용매는, 물, 알코올, 아세톤 및 메탄올 중 적어도 하나를 포함하는, 방오 코팅막의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 소수성 용액은, 소수성 고분자를 포함하고,
    상기 소수성 고분자는, 불소실리콘, 아크릴, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함하는, 방오 코팅막의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 소수성 용액은, 소수성 용매를 포함하고,
    상기 소수성 용매는, 하이드로플루오로에테르 (HFE), 플루오로에틸렌비닐에테르 (FEVE), 헥세인, 벤젠 및 톨루엔 중 적어도 하나를 포함하는, 방오 코팅막의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 에멀젼 혼합 코팅액은, 중량%로, 친수성 용액: 90 내지 99%, 나머지 소수성 용액 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 방오 코팅막의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 에멀젼 혼합 코팅액은, SiO2 나노입자 및 대전방지제 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방오 코팅막의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재는, 전기아연도금강판 (EGI), 폴리 프로필렌 (PP) 및 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 중 적어도 하나를 포함하는, 방오 코팅막의 제조방법.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 코팅액 도포 단계는, Wet-on-Wet 또는 Dry-on-Dry 방식으로 수행되는, 방오 코팅막의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조 단계는, 60 내지 150℃에서, 10 내지 30분간 수행되는, 방오 코팅막의 제조방법.
  12. 친수성 고분자와 소수성 고분자를 모두 포함하고,
    면적분율로, 친수 영역 3.3 내지 31% 및 나머지 소수 영역을 포함하는, 방오 코팅막.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 친수성 고분자는, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피리딘 (polyvinylpyridine, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid, PAA), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리알릴아민 (polyallylamine), 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine), 폴리알킬옥사졸린 (polyalkyloxazoline) 및 폴리알킬아민(polyalkylamine) 중 적어도 하나를 포함하는, 방오 코팅막.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 소수성 고분자는, 불소실리콘, 아크릴, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함하는, 방오 코팅막.
  15. 청구항 12에 있어서,
    SiO2 나노입자 및 대전방지제 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방오 코팅막.
  16. 기재; 및
    상기 기재 상부에 마련된 방오 코팅막을 포함하고,
    상기 방오 코팅막은,
    친수성 고분자와 소수성 고분자를 모두 포함하고,
    면적분율로, 친수 영역 3.3 내지 31% 및 나머지 소수 영역을 포함하는, 청소성이 향상된 가전기기용 패널.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 기재는, 전기아연도금강판 (EGI), 폴리 프로필렌 (PP) 및 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 중 적어도 하나를 포함하는, 청소성이 향상된 가전기기용 패널.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 친수성 고분자는, 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피리딘 (polyvinylpyridine, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid, PAA), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리알릴아민 (polyallylamine), 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine), 폴리알킬옥사졸린 (polyalkyloxazoline) 및 폴리알킬아민(polyalkylamine) 중 적어도 하나를 포함하는, 청소성이 향상된 가전기기용 패널.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 소수성 고분자는, 불소실리콘, 아크릴, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함하는, 청소성이 향상된 가전기기용 패널.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 방오 코팅막은, SiO2 나노입자 및 대전방지제 중 적어도 하나를 더 포함하는, 청소성이 향상된 가전기기용 패널.
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