KR20240097062A - 내식성이 향상된 항바이러스 코팅 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내식성이 향상된 항바이러스 코팅 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판에 관한 것으로, 4가 암모늄을 포함하는 아크릴 수지 3 내지 15 중량%, 유무기 하이브리드 수지 10 내지 50 중량%, 폴리우레탄 수지 5 내지 40 중량%, 경화제 0.5 내지 10 중량%, 경화촉매 0.1 내지 5 중량%, 콜로이달 실리카 5 내지 30 중량%, 및 잔부의 용매를 포함하는, 금속 표면처리용 코팅 조성물; 및 상기 본 발명의 금속 표면처리용 코팅 조성물이 적어도 일 면에 처리된, 표면처리 강판이 제공된다.

Description

내식성이 향상된 항바이러스 코팅 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판{Antivirus coating composition having improved corrosion resistance and surface treated steel sheet using the same}
본 발명은 내식성이 향상된 항바이러스 코팅 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 항바이러스 및 항균 효과를 갖는 코팅 조성물 및 이를 이용하여 항바이러스 및 항균 효과뿐만 아니라 내식성이 우수한 표면처리 강판에 관한 것이다.
인간에 대한 바이러스의 공격은 지속적으로 발생하고 있으며, 그 주기는 빈번해지고 있고, 피해의 정도 역시 심해지고 있는 문제가 있다. 바이러스 감염은 비말 등을 통한 직접감염과 물체를 매개로 해서 일어나는 간접감염이 있다. 비말 및 공기 등을 통한 직접감염과 뿐만 아니라, 여러 감염 사례를 통해 간접 감염에의 위험성 또한 입증되었다.
2020년 발생한 Covid-19 팬데믹(Pandemic) 이후, 바이러스 감염 예방을 위해 생활 재료에 항바이러스 및 항균 특성을 부여하는 것은 인류 생존을 위해 필수적인 요소가 되었다. 항바이러스 및 항균 특성을 부여하기 위해 가장 보편적으로 시행되는 기능성 물질의 코팅은, 일반적으로 사용되는 코팅 수지에 항바이러스 및 항균 특성을 가진 금속 및 금속산화물 입자를 혼합하는 방법으로 수행된다.
항바이러스 및 항균 효과를 갖는 금속 및 금속산화물 입자로는 현재 Cu, Ag, TiO2, ZnO, CuO, CuO2 등이 사용되고 있다. 한국등록특허 제10-2262892호는, 아연 및 제올라이트의 혼합물인 기능성 첨가제를 포함하는 항바이러스 특성을 갖는 도료 조성물을 개시하고 있다.
그러나, 이러한 방법의 경우 금속 입자가 코팅 조성물에 포함되므로 각종 재료 표면에 코팅을 할 경우 금속 입자 고유의 색상으로 인해 기존 재료의 심미적 디자인을 훼손하고, 사용상 불편함을 유발하는 문제가 있다. 또한 코팅 조성물 제조 시에는 무거운 금속 입자 및 금속 산화물 입자를 코팅 용액에 배합할 때 분산시키기 어렵고, 코팅 후 표면층 외곽에 분포시키기 어려운 문제가 있어 항바이러스 및 항균 효능 구현이 용이하지 않다.
또한 금속 및 금속 산화물을 활용하는 기술은 금속의 소모성 산화 원리에 의하거나 광 촉매 효과를 활용하는 기술로서 성능을 구현하는데 제한 조건이 존재하고 그 지속성 또한 부족하다. 나아가, 항바이러스 및 항균 특성을 가진 금속 및 금속 산화물 입자는 비교적 가격이 높은 귀금속 및 귀금속 산화물로서 비경제적이다.
이러한 금속 및 금속 산화물을 활용 기술 외에도, 항바이러스 및 항균 효과를 가진 살균 화학물질을 코팅층에 포함시키는 방법이 있으나, 이는 제품화 과정 또는 제품 사용 중 화학물질이 용출되어 그 효과가 빨리 사라지거나, 용출된 화학물질이 인체에 흡수되는 등 유해할 가능성이 있어 그 적용에 한계가 있다.
따라서, 이러한 부정적 효과를 피하기 위해, 우수한 항바이러스 특성을 내재한 코팅 조성물에 사용할 수 있는 수지의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 한 측면은 금속 표면에 우수한 내식성을 부여하고 동시에 항바이러스 특성을 부여할 수 있는 표면처리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 조성물이 적어도 일 면에 처리된 강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 4가 암모늄을 포함하는 아크릴 수지 3 내지 15 중량%, 유무기 하이브리드 수지 10 내지 50 중량%, 폴리우레탄 수지 5 내지 40 중량%, 경화제 0.5 내지 10 중량%, 경화촉매 0.1 내지 5 중량%, 콜로이달 실리카 5 내지 30 중량%, 및 잔부의 용매를 포함하는, 금속 표면처리용 코팅 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 금속 표면처리용 코팅 조성물이 적어도 일 면에 처리된, 표면처리 강판이 제공된다.
본 발명에 의하면, 향상된 내식성을 가지고 동시에 항바이러스 특성이 우수한 표면처리 코팅 조성물이 제공되며, 본 발명의 상기 조성물은 우수한 항바이러스 특성을 가지고 있어, 어떠한 추가의 항바이러스 특성 금속 입자, 금속 산화물 입자 및 살균 효과를 같는 화학 물질을 혼합하지 않아도, 바이러스 접촉 시 우수한 바이러스 사멸능을 나타낸다. 이에, 이를 이용하여 제조된 본 발명의 표면 처리된 강판은 우수한 항바이러스 특성과 더불어 우수한 내식성을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의하면, 코팅 대상에 내식성 및 항바이러스 특성을 함께 부여할 수 있는 코팅 조성물이 제공된다.
보다 상세하게 본 발명의 코팅 조성물은 4가 암모늄을 포함하는 아크릴 수지 3 내지 15 중량%, 유무기 하이브리드 수지 10 내지 50 중량%, 폴리우레탄 수지 5 내지 40 중량%, 경화제 0.5 내지 10 중량%, 경화촉매 0.1 내지 5 중량%, 콜로이달 실리카 5 내지 30 중량%, 및 잔부의 용매를 포함하는 것이다. 본 발명의 코팅 조성물을 예를 들어 4가 암모늄을 포함하는 아크릴 수지 6 내지 10 중량%, 유무기 하이브리드 수지 20 내지 40 중량%, 폴리우레탄 수지 10 내지 20 중량%, 경화제 1 내지 3 중량%, 경화촉매 0.5 내지 1.5 중량%, 콜로이달 실리카 5 내지 15 중량%, 및 잔부의 용매를 포함할 수 있다.
코팅 조성물은 4가 암모늄을 포함하는 아크릴 수지가 3 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 항바이러스 특성이 불충분할 수 있으며, 15 중량%을 초과하여 포함되는 경우에는 내식성 및 내화학성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 4가 암모늄을 포함하는 아크릴 수지는 4가 암모늄 관능기를 아크릴 에멀젼 수지와 합성하여 내재시킨 것으로, 예를 들어 4가 암모늄염기를 함유하는 비닐 모노머를 포함하는 모노머 혼합물을 마련하는 단계, 비이온성 계면활성제 및 라디칼 중합개시제를 혼합하여 부가중합 혼합물을 제조하는 단계 및 제조된 부가중합 혼합물에 상기 모노머 혼합물을 혼합하여 중합 반응을 수행하는 에멀젼 중합 반응 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
이와 같이 획득되는 상기 아크릴 에멀젼 수지 조성물은 그 자체가 항바이러스 및 항균 효과를 내재하고 있어 별도의 금속 입자, 금속 산화물 입자 또는 살균 화학물질과 혼합하지 않아도, 바이러스 또는 세균과 접촉 시 이의 사멸이 가능한 우수한 항바이러스 및 항균 효과를 가질 수 있다.
4가 암모늄염기를 함유하는 비닐 모노머를 포함하는 모노머 혼합물을 마련하는 단계는 4가 암모늄염기를 함유하는 비닐 모노머 단일 또는 상기 모노머에 추가적으로 기타 모노머를 포함하는 2종 이상의 모노머 혼합물을 구비하여 수행될 수 있고 상기 모노머는 증류수와 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 4가 암모늄염기를 함유하는 비닐 모노머는 한 쪽에 이온 교환 반응을 할 수 있는 암모늄 이온을 가지고, 다른 한 쪽에 라디칼 중합이 가능한 비닐기를 가지는 모노머라면 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들어 [2-(메타크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄([2-(Methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium), [3-(메타크릴로일아미노)프로필]트리메틸암모늄([3-(Methacryloylamino)propyl]trimethylammonium) 및 [2-(아크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄([2-(Acryloyloxy)ethyl]trimethylammonium)을 사용할 수 있다. 상기 기타 모노머로는 아크릴산 에스테르계 모노머, 방향족 비닐계 모노머 및 유기산계 모노머로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 아크릴산 에스테르계 모노머는 메틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 올레일(메트)아크릴레이트, 팔미틸(메트)아크릴레이트) 및 스테아릴(메트)아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 방향족 비닐계 모노머는 스티렌, α-메틸스티렌, 트랜스-β-메틸스티렌, β-메틸스티렌 및 4-메틸스티렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 유기산계 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 푸마르산, 말레산 및 이타콘산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 모노머 혼합물은 전체 모노머 혼합물 총 중량을 기준으로 상기 4가 암모늄염기를 함유하는 비닐 모노머를 0.1 내지 50 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 2 내지 10 중량% 포함하는 것이 보다 바람직하다. 0.1 중량% 미만이면 그 효과가 없고, 50 중량% 초과이면 부착성, 내수성 등 수지를 도료 조성물로 사용할 경우 가져야 할 물성이 열위한 문제가 있다.
또한, 상기 모노머 혼합물은 증류수에 용이하게 분산되지 않기 때문에, 혼합물의 점도를 조절하고 보다 균일하게 분산되기 위해 비이온성 계면활성제를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 증류수는 모노머 혼합물 전체 중량을 기준으로 20 내지 50 중량% 혼합되는 것이 바람직하고, 상기 비이온성 계면활성제는 1 내지 3 중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 부가중합 혼합물을 제조하는 단계는 비이온성 계면활성제 및 라디칼 중합개시제를 혼합하여 수행될 수 있다.
상기 비이온성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에칠렌옥틸페닐에텔, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민에테르, 폴리옥시에틸렌폴리옥 시프로필렌, 폴리에틸렌글리콜 및 소르비탄지방산에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.
비이온성 계면활성제가 아닌 소듐도데실벤젠설포네이트 등과 같은 음이온성 계면활성제를 사용할 경우 4가 암모늄 비닐 모노머와 반응으로 합성 안정성이 파괴되어 중합이 어려운 문제가 있다.
상기 라디칼 중합개시제는 암모늄퍼설페이트, 소듐퍼설페이트 및 포타슘퍼설페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 부가중합 혼합물은 모노머 혼합물 100 중량부를 기준으로 비이온성 계면활성제 1 내지 20 중량부 및 라디칼 중합개시제 0.1 내지 3 중량부를 혼합하여 제조될 수 있다.
비이온성 계면활성제가 1 중량부 미만이면 입자가 불안정하여 침전이 발생할 수 있고, 20 중량부를 초과하면 점도의 상승으로 인해 코팅 조성물에 사용할 경우 작업성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 상기 라디칼 중합개시제가 0.1 중량부 미만이거나, 3 중량부를 초과하면 분자량 크기를 고려했을 때 반응성이 떨어지는 문제가 있다.
나아가, 상기 부가중합 혼합물을 제조하는 단계는 상기 모노머 혼합물의 적어도 일부를 추가적으로 함께 혼합하여 수행될 수 있고, 바람직하게는 모노머 혼합물 전체 중량을 기준으로 약 5중량%를 혼합하여 수행될 수 있다.
또한, 부가중합 혼합물은 상기 모노머 혼합물과 유사한 pH를 갖도록 버퍼 용액에 혼합되어 사용될 수 있다.
본 발명의 에멀젼 중합 반응 단계는 상기 제조된 부가중합 혼합물에 상기 모노머 혼합물을 혼합하여 중합 반응을 수행하는 것으로, 예를 들어, 모노머 혼합물을 부가중합 혼합물에 적하하여 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 아크릴 에멀젼 수지 조성물의 제조방법은 상기 에멀젼 중합 반응 단계의 결과물에 pH 조절제를 투입하는 pH 조절 단계를 추가적으로 포함할 수 있고, 상기 pH 조절제는 암모니아수, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 1-아미노-2-메틸프로판, 2-아미노-2-메틸프로판 및 트리에틸아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있고, 2-아미노-2-메틸프로판을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 pH 조절 단계는 에멀젼 중합 반응 단계의 결과물의 pH를 6 내지 9로 조절하는 것일 수 있다. pH를 6 미만으로 조절하는 경우 아크릴 에멀젼 수지 조성물을 제조한 후 저장 시 점도가 상승하고 증점제와의 상용성 감소하는 문제점이 있고, pH를 9 초과하도록 조절하는 경우 저장 시에 양이온 항균제와의 상용성이 감소하는 문제점이 있다.
상기 pH 조절제는 부가 중합 혼합물 100중량부에 대하여 0.5 내지 4중량부 투입할 수 있다. 상기 중량부 범위로 pH 조절제를 첨가할 경우 pH를 6 내지 9로 조절하는 것이 용이할 수 있다.
한편, 본 발명은 4가 암모늄염기를 함유하는 비닐 모노머를 포함하는 모노머 혼합물의 중합체를 포함하는 항바이러스 및 항균 효과를 갖는 아크릴 에멀젼 수지 조성물에 관한 것이다.
이렇게 수득한 아크릴 에멀젼 수지 조성물은 항바이러스 및 항균 효과를 갖는 특성을 부여할 수 있다.
한편, 본 발명의 코팅 조성물은 유무기 하이브리드 수지를 10 내지 50 중량% 포함하는 것으로, 10 중량% 미만으로 포함하면 코팅층이 충분한 내식성 및 내화학적 특성을 확보하지 못하는 문제가 발생할 수 있으며, 50 중량%을 초과하여 포함되는 경우에는 항균성 및 항바이러스 특성이 불충분한 문제가 발생할 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 수지는 유기수지 및 무기수지를 포함하는 것으로, 유기수지 100 중량부 대비 무기수지를 80 내지 400 중량부로 서로 반응하여 생성된 것일 수 있다. 무기수지와 유기수지의 혼합비율은 유기수지 100 중량부에 대하여 무기수지 80 ~ 400 중량부이며, 무기수지의 함량이 유기수지 중량부에 대하여 80 미만일 경우에는 소지에 대한 열안정성이 저하될 수 있으며, 유기수지 100 중량부에 대하여 무기수지의 중량부가 400 초과일 경우에는 유무기 복합수지의 부착성 및 작업성이 저하될 수 있다.
상기 무기수지는 콜로이달 알루미나 또는 콜로이달 실리카 중 어느 하나 이상을 금속알콕사이드를 이용하여 알콕시기가 잔존하도록 부분적으로 가수분해 반응시켜 얻거나 또는 금속 알콕사이드를 부분가수분해하여 얻으며, 상기 유기수지는, 에폭시수지, 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중 하나 이상과 알콕시실란을 승온하여 라디칼 축합 반응시켜 얻거나, 또는 수지와 알콕시실란의 반응물에 폴리올을 첨가 반응시켜 얻을 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 폴리우레탄 수지 5 내지 40 중량%를 포함하는 것으로, 5중량% 미만으로 포함하는 내알칼리특성이 불충분한 문제가 발생할 수 있으며, 40 중량%을 초과하여 포함되는 경우에는 항균특성 및 항바이러스 특성이 불충분한 문제가 발생할 수 있다.
상기 폴리우레탄 수지는 수용성인 것이 바람직하며, 예를 들어 폴리에스테르 폴리올 또는 폴리카보네이트 폴리올과 폴리이소시아네이트 화합물의 반응 생성물인 것일 수 있다. 상기 폴리에스테르 폴리올 또는 폴리카보네이트 폴리올은 수산기 값이 80 내지 200㎎KOH/g이고, 중량평균분자량이 1,000 내지 5,000인 것이 바람직하다.
본 발명의 코팅 조성물은 경화제 0.5 내지 10 중량%를 포함하는 것으로, 0.5중량% 미만으로 포함하는 코팅필름의 경화도가 떨어짐으로 인해 코팅 필름의 내식성, 내알칼리성, 내흑변성 등에 문제가 발생할 수 있으며, 10 중량%을 초과하여 포함되는 경우에는 과도한 경화제 투입으로 미반응 경화제의 잔존에 따른 저장 안정성 및 코팅성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 경화제는 멜라민계 경화제, 카보디이미드계 경화제, 블록이소시아네이트계 경화제, 아지리딘계 경화제 및 옥사졸린계 경화제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인 것일 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 경화촉매 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것으로, 0.1 중량% 미만으로 포함하는 경우 경화도가 떨어짐으로 인해 코팅 필름의 내식성, 내알칼리성, 내흑변성 등에 문제가 발생할 수 있으며, 5 중량%을 초과하여 포함되는 경우에는 미반응 경화제 촉매의 잔존에 따른 저장 안정성 및 코팅성에 문제가 발생할 수 있다. 상기 경화촉매는 카보디이미드계, 블록이소시아네이트계 및 아지리딘계 경화촉매로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 콜로이달 실리카 5 내지 30 중량%를 포함하는 것으로, 5 중량% 미만으로 포함하는 내식성이 불충분한 문제가 발생할 수 있으며, 30 중량%을 초과하여 포함되는 경우에는 코팅용액의 저장안정성 및 코팅성을 훼손하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 콜로이달 실리카는, 입경이 1 ㎚ 초과 1000㎚ 미만인 실리카가, 100 중량부의 물 또는 에탄올에 5 내지 40 중량부 분산된 것일 수 있다.
한편, 본 발명에 사용될 수 있는 상기 용매는 물일 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상술한 본 발명의 금속 표면처리용 코팅 조성물이 적어도 일 면에 처리된, 표면처리 강판이 제공된다.
상기 강판은 냉연강판, 열연강판, 용융아연도금강판, 전기아연 도금강판, 용융합금도금강판, 전기합금도금강판, 알루미늄도금강판, 알루미늄 합금 도금강판, 스테인레스강판, 마그네슘강판, 알루미늄강판, 아연강판 및 티타늄강판으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있다.
본 발명의 금속 표면처리용 코팅 조성물이 적어도 일 면에 처리된, 표면처리 강판은 강판에 본 발명의 금속 표면처리용 코팅 조성물을 도포하는 단계; 및 코팅 조성물이 도포된 강판을 경화하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 도포 방식은 특히 제한되는 것은 아니며, 코팅을 위해 통상적으로 수행되는 방법이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 롤코팅, 스프레이, 침적, 스프레이 스퀴징 및 침적 스퀴징 등을 들 수 있다. 예를 들어 200mg/m2 내지 2000mg/m2의 범위에서 롤코팅에 의해 도포할 수 있다.
상기 경화하는 공정은 소재강판 최종도달온도(PMT) 기준으로 70 내지 150℃ 온도에서 열 경화로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 건조 온도가 소재강판 최종도달온도(PMT) 기준으로 70℃ 미만이면 유기수지의 경화반응이 완벽하게 이루어지지 않아서 견고한 피막구조 형성이 미흡하며 내식성 및 내알칼리성이 열위해 질 수 있고, 150℃ 초과하면 수냉 과정 동안에 수증기 및 흄 발생으로 인하여 작업 생산성이 나쁘게 되고 증발한 수증기가 건조설비 상부에 응축되는 결로 현상에 의해 제품의 표면품질이 열위해 질 수 있다.
그 결과 획득되는 금속 표면처리용 코팅 조성물이 적어도 일 면에 처리된, 표면처리 강판의 표면처리층의 건조 두께는 0.1 내지 10 ㎛ 두께일 수 있다. 두께가 이보다 얇은 경우에는 표면처리층, 즉 코팅층의 효과 발현이 미미할 수 있고, 두께가 이보다 두꺼운 경우에는 생산과정에서 코팅층이 충분히 건조 및 경화되지 못하여 문제가 발생할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 코팅 조성물 및 코팅 강판의 제조
코팅 조성물의 조성에 따라, 코팅 조성물이 적용된 강판의 항바이러스 특성을 평가하기 위하여 하기 표 1의 조성에 따라 코팅 조성물을 제조하고, 용용아연도금 강판에 롤코팅으로 코팅 두께를 850 mg/m2으로 조절하여 1 ㎛로 코팅하고, 강판의 온도(PMT, Peak Metal Temperature)를 100℃로 가열하여 항바이러스 특성의 코팅 강판을 제조하였다.
하기에서 사용된 4가 암모늄을 내재한 아크릴수지는 에멀젼 중합 과정을 통해 제조하였고, 유무기 하이브리드 수지는 에멀젼 중합 과정을 통해 제조하였고, 수용성 폴리우레탄 수지는 에멀젼 중합 과정을 통해 제조하였고, 수용성 경화제로는 카르보디이미드(Carbodiimide)를 이용하고, 경화 촉매로는 블록-이소시아네이트(Block-isocyanate)를 이용하고, 콜로이달 실리카는 머크사로부터 구매하였다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2 실시예4 비교예 3 실시예5 비교예 4 실시예6
순수(DIW) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
4가 암모늄을 내재한 아크릴수지 - 3 6 10 6 6 6 6 6 6
유무기 하이브리드 수지 40 40 40 40 - 20 40 40 40 40
수용성 폴리우레탄 수지 20 20 20 20 20 20 - 10 20 20
수용성 경화제 2 2 2 2 2 2 2 2 - 2
경화촉매 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
콜로이달 실리카 10 10 10 10 10 10 10 10 10 -
2. 코팅 강판의 성능 평가
하기와 같은 방법으로 코팅 조성물 및 코팅 강판의 성능을 평가하였다.
(1) 항바이러스 테스트
1. 시험방법: Modified ISO 21702
2. 대상바이러스: Covid-19 Corona Virus
3. 세포주: CRFK cell
4. 시험 조건: 반응시간 2 시간, 반응온도 25±1 ℃
코로나바이러스에 대한 불활화 시험은 코팅 강판에 대하여 조직 배양 감염 용량(TCID50) 방법을 통해 수행하고, 항바이러스 결과를 도출하였다. 상기 50% 조직 배양 감염 용량(TCID50)은 감염성 바이러스 역가의 척도이다. 이 분석은 치명적인 용량의 바이러스를 결정하거나 바이러스가 플라크를 형성하지 않는 임상연구 분야에서 더 일반적일 수 있다. 10배수 별로 바이러스를 접종시킨 세포 단층을 관찰하여 CPE 유무를 판정하여 감염된 웰(well)의 %를 계산한다. TCID50 분석에서 일반적으로 세포 배양에서의 감염을 확립하는데 요구되는 시간은 최대 7일 정도 소요된다. TCID50 분석은 10배수로 희석시킨 바이러스 부유액을 각 배수별로 5개 이상(대개 8-10test units)의 동물세포에 접종시켜 50%를 감염시키는 바이러스 희석배수를 티터(titer)로 나타낸 것이다. 그 후 각 배수별로 바이러스를 접종시킨 세포단층을 관찰하여 CPE 유무를 판정하여 감염된 월(well)의 %를 계산한다. 50% 종말점(endpoint)는 Reed-Muench법으로 계산하였다. 이 종말점 희석 분석은 감염된 숙주의 50%를 사멸시키거나 접종된 배양 세포의 50%에서 세포 변성 효과(cytopathic effect, CPE)를 생성하는데 필요한 바이러스의 양을 정량화 한다. 그 결과를 하기와 같이 평가하였다.
◎: 매우 양호 (감소율 95% 이상), ○: 양호 (감소율 90% 이상 95% 미만), △: 다소 열세(감소율 80% 이상 90% 미만), X: 매우 열세(감소율 80% 이하)
(2) 항균 테스트
위의 비교예 또는 실시예에 따라 배합된 코팅 조성물에 대하여 아연도금강판 표면에 Bar 코팅을 통해 코팅을 실시하고 1일 건조한 시편을 제작한 후, JIS Z 2801법에 따라 대장균 및 황색 포도상구균에 대해서 실험하였다. 보다 상세하게, 시편(5mm　X　5mm) 위에 액상　세균을 0.4cc정도 접종한 다음, 멸균 필름(4mm x 4mm)을 밀착시킨 후, 36℃ 정도의 항온항습기에 24시간 정치 후, 균의 사멸 정도를 측정하였다.
◎: 매우 양호 (감소율 95% 이상), ○: 양호 (감소율 90% 이상 95% 미만), △: 다소 열세(감소율 80% 이상 90% 미만), X: 매우 열세(감소율 80% 미만)
(3) 내식성
위의 비교예 또는 실시예에 따라 배합된 코팅 조성물에 대하여 아연도금강판 표면에 Bar 코팅을 통해 코팅을 실시하고 건조하여 코팅 강판 시편을 제작한 후, 코팅 강판의 백청 5% 발생 시간을 하기와 같이 평가하였다. (관련 규격: JIS Z2371)
◎: 매우 양호 (백청 발생 72시간 이상), ○: 양호(백청 발생 72시간 미만 48시간 이상), △: 다소 열세(백청 발생 48시간 미만 24시간 이상), X: 매우 열세 (백청 발생 24시간 미만)
(4) 내알칼리성
위의 비교예 또는 실시예에 따라 배합된 코팅 조성물에 대하여 아연도금강판 표면에 Bar 코팅을 통해 코팅을 실시하고 건조하여 코팅 강판 시편을 제작한 후, 코팅 강판을 50℃의 강알칼리 탈지 용액에 2분 디핑(Dipping) 후 색차(E)를 측정하였다.
◎: 매우 양호(색차(E) 1 미만), ○: 양호(색차(E) 1 이상, 2미만), △: 다소 열세(색차(E) 2 이상 3미만), X: 매우 열세(색차(E) 3 이상)
(5) 내흑변성 (고온고습성)
위의 비교예 또는 실시예에 따라 배합된 코팅 조성물에 대하여 아연도금강판 표면에 Bar 코팅을 통해 코팅을 실시하고 건조하여 코팅 강판 시편을 제작한 후, 코팅 강판을 온도 50℃, 습도 95% 조건에서 120시간 유지 전/후 색차(E)를 비교하였다.
◎: 매우 양호(색차(E) 1 미만), ○: 양호(색차(E) 1 이상, 2미만), △: 다소 열세(색차(E) 2 이상 3 미만), X: 매우 열세(색차(E) 3 이상)
(6) 소포성
위의 비교 예 또는 실시 예에 따라 배합된 코팅 조성물을 1분 동안 셰이킹(Shaking) 후, 소포 특성을 육안 관찰하였다.
◎: 매우 양호 (용액 총 부피 대비 기포 발생 부피가 10% 미만), ○: 양호(용액 총 부피 대비 기포 발생 부피가 10% 이상 20% 미만), △: 다소 열세(용액 총 부피 대비 기포 발생 부피가 20% 이상 30% 미만), X: 매우 열세 (용액 총 부피 대비 기포 발생 부피가 30% 이상)
(7) 저장 안정성
위의 비교예 또는 실시예에 따라 배합된 코팅 조성물을 오븐에 50℃ 5일간 방치 후 코팅 조성물을 상온에서 Ford#4을 이용하여 점도 측정하였다.
◎: 매우 양호(Ford#4에서 용액 토출 시간 8초 미만), ○: 양호(Ford#4에서 용액 토출 시간 8초 이상 10초 미만), △: 다소 열세(Ford#4에서 용액 토출 시간 10초 이상 12초 미만), X: 매우 열세(Ford#4에서 용액 토출 시간 12초 이상)
(8) 코팅성(점도)
위의 비교예 또는 실시예에 따라 배합된 코팅 조성물을 상온에서 Ford#4을 이용하여 점도 측정하였다.
◎: 매우 양호(Ford#4에서 용액 토출 시간 8초 미만), ○: 양호(Ford#4에서 용액 토출 시간 8초 이상 10초 미만), △: 다소 열세(Ford#4에서 용액 토출 시간 10초 이상 12초 미만), X: 매우 열세(Ford#4에서 용액 토출 시간 12초 이상)
하기 표 2는 성능 평가 표이다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2 실시예4 비교예 3 실시예5 비교예 4 실시예6
항바이러스특성 X △ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
항균특성 X △ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
내식성 ◎ ◎ ◎ ◎ X △ △ ○ X X
내알칼리성 ◎ ◎ ◎ ◎ X △ X △ X △
내흑변성 ○ ○ ○ ○ △ △ △ ○ X △
소포성 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
저장안정성 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
코팅성 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 수득한 강판 코팅용 조성물로 제조한 코팅 강판은 높은 항바이러스 특성을 가질 뿐 아니라 항균성, 내수성, 내알칼리성, 내흑변성(고온고습성), 소포성, 저장안정성, 코팅성(점도) 등이 모두 우수한 것으로 확인되었다. 특히, 항바이러스 특성을 확보하면서 열위되는 내식성을 보완하여 우수한 내식성을 확보하였다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (11)

  1. 4가 암모늄을 포함하는 아크릴 수지 3 내지 15 중량%, 유무기 하이브리드 수지 10 내지 50 중량%, 폴리우레탄 수지 5 내지 40 중량%, 경화제 0.5 내지 10 중량%, 경화촉매 0.1 내지 5 중량%, 콜로이달 실리카 5 내지 30 중량%, 및 잔부의 용매를 포함하는, 금속 표면처리용 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 4가 암모늄을 포함하는 아크릴 수지는 4가 암모늄 비닐 모노머와 아크릴 수지 모노머의 중합 반응을 통해 제조되며, 상기 4가 암모늄 비닐 모노머는 [2-(메타크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄([2-(Methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium), [3-(메타크릴로일아미노)프로필]트리메틸암모늄([3-(Methacryloylamino)propyl]trimethylammonium) 및 [2-(아크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄([2-(Acryloyloxy)ethyl]trimethylammonium)을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인, 금속 표면처리용 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 유무기 하이브리드 수지는 유기수지 100 중량부 대비 무기수지를 80 내지 400 중량부로 서로 반응하여 생성된 것인, 금속 표면처리용 코팅 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 무기수지는 콜로이달 알루미나 또는 콜로이달 실리카 중 어느 하나 이상을 금속알콕사이드를 이용하여 알콕시기가 잔존하도록 부분적으로 가수분해 반응시켜 얻거나 또는 금속 알콕사이드를 부분가수분해하여 얻으며,
    상기 유기수지는, 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중 하나 이상과 알콕시실란을 승온하여 라디칼 축합 반응시켜 얻거나, 또는 수지와 알콕시실란의 반응물에 폴리올을 첨가 반응시켜 얻는, 금속 표면처리용 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 수지는 폴리에스테르 폴리올 또는 폴리카보네이트 폴리올과 폴리이소시아네이트 화합물의 반응 생성물인, 금속 표면처리용 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 경화제는 멜라민계 경화제, 카보디이미드계 경화제, 블록이소시아네이트계 경화제, 아지리딘계 경화제 및 옥사졸린계 경화제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인, 금속 표면처리용 코팅 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 경화촉매는 카보디이미드계, 블록이소시아네이트계 및 아지리딘계 경화 촉매제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인, 금속 표면처리용 코팅 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 콜로이달 실리카는, 입경이 1 ㎚ 초과 1000㎚ 미만인 실리카가, 100 중량부의 물 또는 에탄올에 5 내지 40 중량부 분산된 것인, 금속 표면처리용 코팅 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 용매는 물인, 금속 표면처리용 코팅 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 금속 표면처리용 코팅 조성물이 적어도 일 면에 처리된, 표면처리 강판.
  11. 제10항에 있어서, 상기 강판은 냉연강판, 열연강판, 용융아연도금강판, 전기아연 도금강판, 용융합금도금강판, 전기합금도금강판, 알루미늄도금강판, 알루미늄 합금 도금강판, 스테인레스강판, 마그네슘강판, 알루미늄강판, 아연강판 및 티타늄강판으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인, 표면처리 강판.
KR1020220178713A 2022-12-19 내식성이 향상된 항바이러스 코팅 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판 KR20240097062A (ko)

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