KR20170077703A - 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수분 흡수성이 우수한 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 사용한 김서림 방지 코팅막에 관한 것이다.
구체적으로는 수분 흡수성 및 포화 수분 흡수량이 높은 아이오소바이드 에폭시를 포함하여 김서림 현상을 효과적으로 오랜 시간 동안 방지할 수 있고, 경화제 등을 포함하여 유리 등의 기재에 대한 접착력이 좋아 별도의 접착층을 구비하지 않아도 되는 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 사용한 코팅막에 관한 것이다.

Description

김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막{A COMPOSITION FOR ANTIFOGGING COATING AND A COATING FILM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 수분 흡수성이 우수한 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 사용한 김서림 방지 코팅막에 관한 것이다.
김서림은 물체의 표면 온도가 주변의 이슬점 온도보다 낮을 때 표면에 응축되는 물방울(water droplet)에 의해 발생하는 현상이다. 이때 응축되는 물방울과 물체의 표면이 이루는 접촉각이 크면, 구형의 작은 물방울이 형성된다. 이에 빛이 산란되어 표면이 뿌옆게 흐려지게 된다.
이러한 김서림 현상에 의해 태양전지, 디스플레이, 안경 및 자동차 유리의 투명성이 감소하기 때문에 광학 소자들이 그 특성을 제대로 발현하지 못하게 된다. 특히 자동차의 경우 내부와 외부의 온도차이로 인해 앞유리의 표면에 김서림 현상이 종종 발생하고, 이는 운전자의 시야를 방해하기 때문에 신변에 큰 위협이 될 수 있다.
김서림 현상을 방지하기 위한 기술로는 표면에 미세한 구조물을 제작하여 초친수성으로 만드는 것이 있다. 초친수성의 표면은 물과의 접촉각이 10°이하이므로 물방울이 맺히지 않고 빠르게 퍼지기 때문에 빛의 산란이 일어나지 않는다. 그러나 이와 같은 표면 처리 기술은 그 구조물의 크기가 너무 미세하여 외부로부터 압력과 마찰이 가해졌을 때 그 형상을 유지하기 어려운 단점이 있다. 따라서 자동차, 건축 외장 유리 등의 고내구성을 요구하는 제품에는 사용할 수 없다.
이에 최근에는 제품의 표면에 수분 흡수성이 있는 에폭시 수지로 코팅막을 형성하여 김서림 현상을 방지하는 기술에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
한국등록특허 제10-1322577호는 폴리에폭사이드류와 경화제를 포함하는 가교 수지층을 구비한 방담성 물품을 개시하고 있다. 그러나 위 특허문헌의 경우 포화 수분 흡수량이 높지 않아 김서림 방지 성능이 장시간 지속적으로 유지될 수 없는 한계가 있다.
한국등록특허 제10-1322577호
본 발명은 위와 같은 문제점 및 한계를 해소하기 위하여 안출된 것으로 다음과 같은 목적이 있다.
본 발명은 수분 흡수성 및 포화 수분 흡수량이 높아 김서림 현상을 지속적으로 방지할 수 있는 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 내구성이 높고, 내화학성 및 내광성이 좋아 수송 기기(자동차, 철도, 선박, 비행기 등)의 창유리 또는 건축물의 외장 유리 등에 사용하기 적합한 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 유리 등의 기재에의 접착력이 높아 별도의 접착층(또는 접착력 개선층)을 구비하지 않아도 되는 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 빛의 투과율이 높아 유리 등의 기재가 갖는 광학 특성에 영향을 미치지 않는 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따른 김서림 방지 코팅용 조성물은 이하의 화학식 1로 표현되는 아이소소바이드 에폭시(isosorbide epoxy), 경화제, 경화촉진제 및 실란커플링제를 포함할 수 있다.
[화학식1]
Figure pat00001
여기서, 상기 n은 0.2 내지 7 일 수 있다.
본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 경화제는 활성 수소를 포함하는 폴리아민(polyamine)계 화합물일 수 있다.
본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 경화제는 에틸렌디아민, 트리메틸렌 테르라민, 테트라에틸렌펜타민폴리아민, 아이소포론다이아민, 폴리프로필렌다이아민, 트리에틸렌 글라이콜 다이아민 및 폴리옥시프로필렌트리아민 화합물 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 아이소소바이드 에폭시의 당량에 대한 상기 경화제의 활성 수소 당량의 비는 0.7 내지 0.95 일 수 있다.
본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 경화촉진제는 이미다졸계 화합물 및 3급아민계 화합물에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 이미다졸계 화합물은 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸 및 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸 중에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 상기 3급아민계 화합물은, 트리부틸아민, 벤질디메틸아민, 트리메틸아민 및 벤질디메틸아민 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 실란커플링제는 에폭시 실란계 화합물일 수 있다.
본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 에폭시 실란계 화합물은 2-(3,4 에폭시싸이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸다이에톡시실란 및 3-글리시딜프로플트리에톡시실란 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 아이소소바이드 에폭시(isosorbide epoxy) 100 중량부에 대하여, 상기 경화제 30 내지 50 중량부, 상기 경화촉진제 0.1 내지 3.0 중량부 및 상기 실란커플링제 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 김서림 방지 코팅막은 상기 코팅용 조성물을 사용하여 형성한 것일 수 있다.
본 발명에 따른 김서림 방지 코팅막은 두께가 1 내지 100 ㎛일 수 있다.
본 발명은 상기 구성을 포함하므로 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막은 수분 흡수성 및 포화 수분 흡수량이 높아 김서림 현상을 효과적으로 오랜 시간 동안 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막은 내구성이 높고, 내화학성 및 내광성이 좋아 물리화학적으로 안정하므로 가혹한 조건에 놓여 있는 유리 등의 기재에 사용하기 적합하다.
또한 본 발명에 따른 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막은 유리 등의 기재에 대한 접착력이 좋아 별도의 접착층을 구비하지 않아도 되기 때문에 구조 및 제조공정이 단순하다. 또한 이로 인해 원가를 절감할 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 김서림 방지 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 코팅막은 투과율이 높아 유리 등의 기재의 광학 특성을 해하지 않으므로 사용자 등의 시야를 방해하지 않을 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실험예1 중 비교예에 대한 실험 결과이다.
도 2는 본 발명의 실험예1 중 실시예에 대한 실험 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 대한 내화학성 실험 결과이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 대한 내광성 실험 결과이다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되면 공지의 구성 및 기능에 대한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 김서림 방지 코팅용 조성물(이하, '코팅용 조성물'이라 함)은 아이소소바이드 에폭시(isosorbide epoxy), 경화제, 경화촉진제 및 실란커플링제를 포함할 수 있다.
상기 코팅용 조성물은 수분 흡수성 수지로 이하의 화학식 1로 표현할 수 있는 아이소소바이드 에폭시를 사용하는 것을 기술적 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure pat00002
여기서, 상기 n은 0.2 내지 7 일 수 있다.
상기 아이소소바이드 에폭시는 일반적으로 사용되는 비스페놀-A 계열의 수분 흡수성 수지와 비교해 분자 내 수소 결합 밀도가 높다. 따라서 이를 포함하는 상기 코팅용 조성물의 포화 수분 흡수량을 증가시킬 수 있다.
또한 상기 아이소소바이드 에폭시는 링 구조를 포함하므로 이를 사용하여 형성한 김서림 방지 코팅막의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 n은 0.2 내지 7 일 수 있다. 상기 n에 따라 상기 아이소소바이드 에폭시의 수소 결합 밀도 및 링 구조의 함량이 달라질 수 있다. 0.2 미만이면 코팅용 조성물의 포화 수분 흡수량을 충분히 높일 수 없다. 또한 7 초과이면 분자량 및 사슬 길이가 너무 길어 코팅용 조성물 내에서 고르게 분포되기 어려울 수 있고, 상기 코팅용 조성물의 유동성이 떨어져 코팅막을 형성하는데 적합하지 않을 수 있다.
상기 코팅용 조성물은 상기 아이소소바이드 에폭시에 경화제, 경화촉진제를 배합하여 유리 등의 기재에 대한 접착력을 향상시킨 것을 기술적 특징으로 한다. 즉, 별도의 접착층(접착제)을 만들지 않아도 상기 코팅용 조성물을 기재에 도포한 뒤 경화 처리를 하면 기재에 높은 접착력으로 코팅된 김서림 방지 코팅막을 얻을 수 있으므로 구조 및 제조 공정이 간단하다.
또한 상기 코팅용 조성물은 실란커플링제를 추가로 포함하므로 기재에 대한 접착력이 더욱 향상된 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 경화제는 활성 수소를 포함하는 폴리아민계 화합물일 수 있다. 바람직하게는 지방족 폴리아민, 아릴지방족 폴리아민, 지환족 폴리아민, 방향족 폴리아민, 폴리에테르아민 화합물일 수 있다. 구체적으로는 에틸렌디아민, 트리메틸렌 테르라민, 테트라에틸렌펜타민폴리아민, 아이소포론다이아민, 폴리프로필렌다이아민, 트리에틸렌 글라이콜 다이아민 및 폴리옥시프로필렌트리아민 화합물에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 경화제는 상기 아이소소바이드 에폭시의 당량에 대한 상기 경화제의 활성 수소 당량의 비가 0.7 내지 0.95가 되도록 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라 상기 코팅용 조성물은 상기 아이소소바이드 에폭시 100 중량부를 기준으로 상기 경화제를 30 내지 50 중량부로 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 아이소소바이드 에폭시의 당량은 다음의 수학식 1로 계산할 수 있다.
[수학식1]
Figure pat00003
상기 경화제의 활성 수소 당량은 다음의 수학식 2로 계산할 수 있다.
[수학식2]
Figure pat00004
본 명세서에서 "활성 수소"는 경화제에 포함된 아민기(amine group)의 수소 중 경화 반응에 참여하는 수소를 의미한다.
상기 아이소소바이드 에폭시의 당량에 대한 상기 경화제의 활성 수소 당량의 비가 0.7 내지 0.95에 속해야 이를 포함하는 코팅용 조성물이 적절히 경화되어 기재에 높은 접착력으로 코팅될 수 있다.
상기 경화촉진제는 이미다졸계 화합물 또는 3급아민계 화합물일 수 있다. 또한 이들을 조합하여 사용할 수도 있다.
상기 이미다졸계 화합물은 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸 및 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한 상기 3급아민계 화합물은, 트리부틸아민, 벤질디메틸아민, 트리메틸아민 및 벤질디메틸아민 에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 코팅용 조성물은 상기 아이소소바이드 에폭시 100 중량부를 기준으로 상기 경화촉진제를 0.1 내지 3.0 중량부로 포함할 수 있다. 상기 경화촉진제의 함량이 위의 수치범위를 벗어나면 경화 반응을 제대로 촉진할 수 없기 때문이다.
상기 실란커플링제는 상기 아이소소바이드 에폭시와 친화적인 에폭시 실란계 화합물일 수 있다. 구체적으로는 2-(3,4 에폭시싸이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸다이에톡시실란 및 3-글리시딜프로플트리에톡시실란에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 코팅용 조성물은 상기 아이소소바이드 에폭시 100 중량부를 기준으로 상기 실란커플링제를 10 내지 30 중량부로 포함할 수 있다. 실란커플링제 배합의 효과를 얻기 위해서는 10 중량부 이상은 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한 실란커플링제를 첨가함으로써 상기 아이소소바이드 에폭시의 흡수성 등의 물성이 저하되지 않도록 하기 위해서는 30 중량부 이하로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 김서림 방지 코팅막은 상기 코팅용 조성물을 유리 등의 기재에 도포한 뒤, 경화시킴으로써 형성할 수 있다.
상기 코팅용 조성물을 도포하는 방법은 특정한 방법으로 한정되지 않으나, 바람직하게는 습식 코팅 방식으로써 스프레이 코팅법, 스핀 코팅법, 플로우 코팅법, 딥 코팅법, 롤 코팅법, 스크린 인쇄법으로 도포하는 것이 바람직할 수 있다.
또한 상기 코팅용 조성물을 경화하는 방법도 특정한 방법으로 한정되지 않고, 경화제의 함량, 당량비 등에 의해 적절히 조절할 수 있다. 바람직하게는 상기 코팅용 조성물을 일정 온도에서 일정 시간 동안 가온하여 경화할 수 있다.
상기 김서림 방지 코팅막은 두께가 1 내지 100 ㎛로 형성할 수 있다. 포화 수분 흡수량 및 내구성을 충분히 높이려면 그 두께가 1 ㎛ 이상인 것이 바람직할 수 있다. 또한 유리 등의 기재와의 접촉력 및 빛의 투과율을 고려하면 그 두께가 100 ㎛ 이하인 것이 바람직할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
(1) 제1조성물의 준비
교반기 및 온도계가 부착된 유리 용기에 아이소소바이드 에폭시 100 g, 실란커플링제로 3-글리시독시프로필메틸다이에톡시실란 23.77 g을 칭량하여 첨가하였다.
이 때 상기 아이소소바이드 에폭시는 당량이 170 g/eq (n이 1.4 일 때)인 것을 사용하였다.
이에 유기용매로 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르(Propylene glycol mono methyl ether) 100 g을 첨가하였다.
상온(약 25 ℃)에서 1시간 교반하여 제1조성물을 준비하였다.
(2) 제2조성물의 준비
교반기 및 온도계가 부착된 유리 용기에 경화제로 폴리옥시프로필렌트리아민 39.8g, 경화촉진제로 2-메틸이미다졸 0.5 g 및 벤질디메틸아민 2.0 g을 칭량하여 첨가하였다.
이에 유기용매로 에탈올 100 g을 첨가하였다.
상온(약 25 ℃)에서 1시간 교반하여 제2조성물을 준비하였다.
(3) 코팅용 조성물의 준비
상기 제1조성물과 제2조성물을 상온에서 1시간 교반하여 코팅용 조성물을 얻었다.
(4) 김서림 방지 코팅막의 제조
소다라임 유리기판(70mm × 150mm × 2mm)의 표면을 산화세륨으로 연마한 뒤, 세정하였다.
상기 소다라임 유리기판의 표면에 상기 코팅용 조성물을 스프레이 코팅하여 도포하였다.
110 ℃에서 1시간 30분 동안 가온하여 상기 코팅용 조성물을 경화하였다. 최종적으로 약 60 ㎛ 두께의 김서림 방지 코팅막을 제조하였다.
실험예1 - 수분 흡수성 평가
80 ℃의 수증기로 채워진 고온 다습한 공간에서 상기 실시예에 따른 김서림 방지 코팅막에 물방울이 응축되는지 실험하였다.
비교예로는 상기 김서림 방지 코팅막을 형성하지 않은 소다라임 유리기판을 사용하였다.
그 결과는 도 1 및 도 2와 같다.
도 1은 비교예의 결과이고, 도 2는 실시예의 결과이다.
이를 참조하면, 비교예의 경우 고온 다습한 공간에서 10 초 이내에 헤이즈(haze)가 일어나는 것으로 보아 미세한 물방울이 응축되어 빛이 산란된다는 것을 알 수 있다.
반면에 실시예의 경우 5 분이 지난 후에도 헤이즈가 생기거나 유리의 광학 특성에 영향을 미치는 등의 현상이 관측되지 않았는바, 물방울이 표면에 맺히지 않고 흡수됨을 알 수 있다. 이에 실시예의 포화 수분 흡수량을 측정한 결과 950 mg/cm3 에 달함을 알 수 있었다.
실험예2 - 내화학성 및 내광성 평가
상기 실시예에 따른 김서림 방지 코팅막에 대해 내화학성 시험(산성/염기성 용액에 대한 내성 시험)을 수행한 뒤, 상기 실험예1과 동일한 조건으로 김서림을 방지할 수 있는지 평가하였다. 그 결과는 도 3과 같다.
또한 상기 실시예에 따른 김서림 방지 코팅막에 대해 내광성(태양광선에 대한 내성 시험)을 수행한 뒤, 상기 실험예1과 동일한 조건으로 김서림을 방지할 수 있는지 평가하였다. 그 결과는 도 4와 같다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 내화학성 및 내광성 실험을 마친 뒤에도 코팅막에 김이 서리지 않은 것을 확인할 수 있다.
실험예3 - 내마모성 평가
상기 실시예에 따른 김서림 방지 코팅막에 대한 내마모성 실험을 수행하였다.
4.9 N의 하중으로 왕복동 마모시험 후 상기 실시예의 Haze 값은 1 % 미만이었다. 또한 500 g의 하중으로 코팅막의 표면 위를 회전하는 taber 마모시험 150회를 실시한 후 상기 실시예의 Haze 값은 5 % 미만이었다.
이상으로 본 발명의 실험예 및 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실험예 및 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (11)

  1. 이하의 화학식 1로 표현되는 아이소소바이드 에폭시(isosorbide epoxy),
    경화제,
    경화촉진제 및
    실란커플링제를 포함하는 김서림 방지 코팅용 조성물.
    [화학식1]
    Figure pat00005

    (단, n은 0.2 내지 7 이다)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화제는 활성 수소를 포함하는 폴리아민(polyamine)계 화합물인 김서림 방지 코팅용 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경화제는 에틸렌디아민, 트리메틸렌 테르라민, 테트라에틸렌펜타민폴리아민, 아이소포론다이아민, 폴리프로필렌다이아민, 트리에틸렌 글라이콜 다이아민 및 폴리옥시프로필렌트리아민 화합물 중에서 선택된 1종 이상인 김서림 방지 코팅용 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 아이소소바이드 에폭시의 당량에 대한 상기 경화제의 활성 수소 당량의 비가 0.7 내지 0.95 인 김서림 장지 코팅용 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화촉진제는 이미다졸계 화합물 및 3급아민계 화합물에서 선택된 1종 이상인 김서림 방지 코팅용 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이미다졸계 화합물은 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸 및 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸 중에서 선택된 1종 이상이고,
    상기 3급아민계 화합물은, 트리부틸아민, 벤질디메틸아민, 트리메틸아민 및 벤질디메틸아민 중에서 선택된 1종 이상인 김서림 방지 코팅 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실란커플링제는 에폭시 실란계 화합물인 김서림 방지 코팅용 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 에폭시 실란계 화합물은 2-(3,4 에폭시싸이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸다이에톡시실란 및 3-글리시딜프로플트리에톡시실란 중에서 선택된 1종 이상인 김서림 방지 코팅 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 아이소소바이드 에폭시(isosorbide epoxy) 100 중량부에 대하여,
    상기 경화제 30 내지 50 중량부,
    상기 경화촉진제 0.1 내지 3.0 중량부 및
    상기 실란커플링제 10 내지 30 중량부를 포함하는 김서림 방지 코팅용 조성물.
  10. 제 1 항에 따른 조성물로 형성한 김서림 방지 코팅막.
  11. 제 10 항에 있어서,
    두께가 1 내지 100 ㎛인 김서림 방지 코팅막.
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