KR20200035408A - 아이스-포빅 코팅 - Google Patents

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Abstract

얼음에 대한 부착성이 매우 낮은 코팅을 제공하는 코팅 조성물이 개시된다. 코팅 조성물은 가교결합된 실리콘 바인더 수지 및 엘라스토머 실리콘 분말을 함유한다.

Description

아이스-포빅 코팅
본 발명은 일반적으로 얼음에 대한 부착성이 매우 낮은 코팅을 제공하는 코팅 조성물에 관한 것이다. 코팅 조성물은 가교결합된 실리콘 바인더 수지 및 엘라스토머 실리콘 분말을 포함한다.
추운 환경에서 결빙(물품에 얼음이 축적)은 풍력 터빈의 회전자 및 블레이드, 전력선, 통신, 운송, 항공기 및 냉장고, 냉동고 및 아이스 트레이(ice tray)와 같은 가정 용품을 비롯하여 많은 응용 분야에서 문제를 야기한다. 이러한 얼음 축적은 가열에 의해, 얼음의 녹는점을 감소시키는 화학 물질의 적용에 의해, 기계적 힘을 가함으로써, 또는 공기를 폐쇄하여 얼음과 물품 표면 사이의 결합을 파괴함으로써 제거될 수 있다. 그러나, 이러한 모든 방법은 한계 및 단점이 있다. 물품 상의 얼음 축적을 방지하는 대체 방법은 얼음 부착 강도가 매우 낮은 코팅 (즉, 얼음이 코팅에 거의 부착되지 않음)으로 물품의 표면을 보호하는 것이다. 이러한 코팅은 "아이스-포빅(ice-phobic) 코팅"으로서 지칭된다. 일부 종래 기술의 참고 문헌, 예를 들어 US2015/0361319A, WO2016/176350A, WO2015/119943A, US9,388,325B 및 US2010/0326699에는, 물품의 표면 상의 아이스-포빅 코팅이 개시되어 있다.
본 발명은 얼음에 대한 매우 낮은 부착성을 지닌 코팅 조성물을 제공한다.
본 발명의 한 양태는 (A) 실리콘 수지, (B) 실리콘 분말, (C) 촉매 및 (D) 용매를 포함하는 코팅 조성물에 관한 것으로서, 이때 실리콘 분말에 대한 실리콘 수지의 중량비 ((A)/(B))는 2.5 내지 200이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기 언급된 조성물로부터 형성된 코팅 필름에 관한 것이다.
또한 또 다른 양태에서, 본 발명은 물품의 표면의 적어도 일부를 필름으로 갖는 물품에 관한 것으로서, 이때 필름은 상기 언급된 조성물로부터 형성된다.
또 다른 추가 양태에서, 본 발명은 (A) 10 내지 45 중량%의 실리콘 수지, (B) 0.1 내지 7.5 중량%의 실리콘 분말, (C) 10 내지 250 ppm의 촉매 및 (D) 30 내지 80 중량%의 용매를 포함하는 코팅 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 코팅 조성물은 (A) 실리콘 수지, (B) 실리콘 분말, (C) 촉매 및 (D) 용매를 포함한다.
(A) 실리콘 수지
코팅 조성물에 사용된 실리콘 수지는 가교결합된 폴리실록산 중합체이고, 코팅 조성물에서 매트릭스 중합체로서 작용한다. 실리콘 수지는 또한 '바인더 수지' 또는 '매트릭스 수지'로서 불리운다. 실리콘 수지는 전형적으로 3작용성 실록산의, 다른 3작용성 실록산 또는 2작용성 실록산과의 가교결합에 의해 형성된다. 일부 구현예에서, 실리콘 수지는 단량체 혼합물의 가교결합에 의해 형성될 수 있고, 이때 단량체 혼합물은 폴리비닐 말단(terminated) 폴리디메틸실록산, 폴리메틸비닐 말단 폴리디메틸실록산, 메틸히드로겐 실록산 및 테트라메틸 테트라비닐 시클로테트라실록산이다. 더욱 구체적으로, 실리콘 수지의 적합한 예는 하기이다: 메틸 실릴 및 실라놀 말단 폴리 실세스퀴옥산; 트리메틸 실릴 및 디메틸 비닐 실릴 말단 폴리 실세스퀴옥산; 하기 식으로 나타낸 오르가노폴리실록산:[MeSiO3/2]a[Me2SiO]b[RO1/2]c, a+b=1, c<2;하기 식으로 나타낸 오르가노폴리실록산:[SiO2]a[Me3SiO1/2]b[Me2비닐SiO1/2]c[HO1/2]d, a+b+c=1, a: (b+c)= 0.7~1, b:c=1~4, d<0.05 및 상기 2개의 수지의 폴리디메틸 실록산 또는 폴리 비닐메틸 실록산과의 혼합물. 실리콘 수지는 전형적으로 1-성분 또는 2-성분 실리콘 조성물로서 제형화된다. 실리콘 수지는 경화 공정 동안 가교결합될 수 있다.
코팅 조성물에서 실리콘 수지의 양은 코팅 조성물의 중량을 기준으로 10 내지 45 중량%, 바람직하게 15 내지 40 중량%이다.
(B) 실리콘 분말
코팅 조성물에 사용된 실리콘 분말은 엘라스토머 실리콘 분말이고, 이것은 코팅의 표면의 얼음 부착 강도를 현저하게 감소시킨다. 본 발명의 발명자들은 이러한 연질 소수성 분말이, 무기 분말과 같은 경질 분말보다 코팅의 표면의 얼음 부착 강도를 감소시키는 것을 도울 수 있음을 알아냈다. 이론에 얽매이는 것이 아닌, 이러한 연질 소수성 분말이 코팅의 표면 모듈을 조절할 수 있고, 마이크로 규모로 상 분리를 생성할 수 있다고 여겨진다. 부가적으로, 실리콘 분말은 실리콘 매트릭스 수지와 상용성이고, 실리콘 분말의 밀도는 실리콘 매트릭스 수지의 밀도와 유사하고, 실리콘 분말은 용이하게 실리콘 매트릭스 수지에서 분산될 수 있으며 안정한 코팅 조성물을 형성할 수 있다.
실리콘 분말의 경도는 Shore A 80 이하, 더욱 바람직하게 Shore A 60 이하, 가장 바람직하게 Shore A 40 이하이다. 실리콘 분말의 경도는 쇼어 듀로미터(Shore Durometer)에 의해 분석될 수 있다.
실리콘 분말의 입자 크기 (평균 입자 크기)는 바람직하게 0.1 내지 20 마이크로미터, 더욱 바람직하게 1 내지 10 마이크로미터이다. 실리콘 분말의 입자 크기는 레이져 입자 분석기에 의해 분석될 수 있다.
실리콘 분말의 밀도는 바람직하게 0.1 내지 0.7 g/cm3, 더욱 바람직하게 0.2 내지 0.5 g/cm3 이다. 실리콘 분말의 밀도는 50 ml 부피계에 의해 분석될 수 있다.
코팅 조성물에서 실리콘 분말의 양은 코팅 조성물의 중량을 기준으로 0.1 내지 7.5 중량 %, 바람직하게 0.2 내지 5 중량 %, 더욱 바람직하게 0.5 내지 2 중량%이다. 코팅 조성물이 물품에 도포되어 필름을 형성하였을 때, 코팅 조성물의 고형분이 필름에 남아 있다. 따라서, 조성물의 고형분에서 실리콘 분말의 양은 고형분의 중량을 기준으로 0.5 내지 37.5 중량%, 바람직하게 1 내지 25 중량%, 더욱 바람직하게 2.5 내지 10 중량%이다.
실리콘 분말에 대한 실리콘 수지의 중량비는 2.5 내지 200, 바람직하게 4 내지 100, 더욱 바람직하게 10 내지 40이다.
(C) 촉매
본 발명의 코팅 조성물에 사용된 촉매는 실리콘 매트릭스 수지의 가교결합을 위한 촉매이다. 임의의 공지된 촉매가 이용될 수 있다. 이러한 촉매의 예에는 이에 제한되는 것은 아니나 하기가 포함된다: 플래티늄 화합물, 예컨대 클로로플래틴산 및 플래티늄(0)-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착물, 팔라듐 화합물, 예컨대 팔라듐(II) 클로라이드 및 알릴팔라듐(II) 클로라이드, 지르코늄 화합물, 예컨대 지르코늄 옥토에이트 및 지르코늄 아세테이트, 티타늄 화합물, 예컨대 티타늄(IV) 부톡시드 및 아연 화합물, 예컨대 아연 옥토에이트 및 아연 아세테이트.
코팅 조성물에서 촉매의 양은 실리콘 매트릭스 수지를 가교결합시키기에 충분해야 하지만, 전형적으로는 코팅 조성물의 중량을 기준으로 4 내지 400 ppm, 바람직하게 10 내지 250 ppm이다.
(D) 용매
코팅 조성물은 용매를 포함한다. 용매의 예에는 이에 제한되는 것은 아니나, 알코올, 에스테르, 에테르, 케톤, 에테르-알코올, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 및 휘발성 실리콘이 포함된다.
코팅 조성물 내 용매의 양은 코팅 조성물의 중량에 대해서 10 내지 90 중량%, 바람직하게 30 내지 80 중량%이다.
(E) 충전제
본 발명의 코팅 조성물은 실리콘 분말에 부가적으로 충전제를 임의로 포함할 수 있다. 이러한 충전제의 예에는 이에 제한되는 것은 아니나 무기 입자, 예컨대 실리카 및 금속 옥시드, 및 중합체 입자, 예컨대 건조 라텍스 분말 및 폴리비닐 알코올 분말이 포함된다. 충전제의 입자 크기는 바람직하게 1 내지 50 마이크로미터, 더욱 바람직하게 1 내지 10 마이크로미터이다. 코팅 조성물이 이러한 충전제를 포함하는 경우, 그 양은 코팅 중합체의 중량을 기준으로 0.1 내지 1 중량%, 바람직하게 0.2 내지 0.5 중량%이다.
(F) 실리콘 액
본 발명의 코팅 조성물은 임의로는 실리콘 액을 포함할 수 있다. 실리콘 액은 코팅의 표면의 얼음 부착 강도를 감소시키는 것을 돕는다. 이러한 실리콘 액의 예에는 이에 제한되는 것은 아니나 트리메틸 실릴 말단 폴리 디메틸 실록산, 실라놀 말단 폴리 디메틸 실록산 및 디메틸히드로겐 실릴 말단 폴리 디메틸 실록산이 포함된다. 실리콘 액의 점도는 바람직하게 50 내지 500 센티스토크, 더욱 바람직하게 100 내지 350 센티스토크이다. 코팅 조성물이 이러한 실리콘 액을 포함하는 경우, 그 양은 코팅 조성물의 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게 5 내지 10 중량%이다.
기타 성분
본 발명의 코팅 조성물은 기타 성분, 예컨대 계면활성제, 습윤제 및 염료를 포함할 수 있고, 이것들은 당업자에게 공지되어 있다.
물품 및 코팅 필름
코팅 조성물은 물품 상에 도포되어 물품의 표면의 적어도 일부를 필름으로 형성한다. 스플레잉(splaying), 브러싱 롤러, 딥 코팅, 스핀 코팅, 와이어 코팅 등과 같은 다양한 기술이 이용될 수 있다. 이어서, 전형적으로 물품은 가열되어 물품의 표면 상에 조성물을 경화시킨다. 온도 또는 가열 시간과 같은 조건은 다양하며, 당업자에게 공지되어 있다. 필름 두께는 바람직하게 1 내지 80 마이크로미터, 더욱 바람직하게 15 내지 60 마이크로미터이다.
이러한 물품의 예에는 제빙기, 냉장고, 응축기 및 에어컨이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
실시예
표 1에 개시된 원료를 이용하여 실시예에서 샘플을 제조하였다.
Figure pct00001
실시예 1 내지 11
표 2 및 3에 열거된 원료를 30 분 동안 실온에서 진탕시켜 균질하게 혼합하였다. 0.6 ml의 각 용액을 알루미늄 패널 상에 블레이드 코팅하고, 가열하여 조성물을 경화시키는데, 표 2에 열거된 조성물의 경우는 150℃에서 1 시간 동안, 표3에 열거된 조성물의 경우 200℃에서 1 시간 동안 경화시켰다. 건조 필름 두께를 초음파 두께 게이지(제노팁;zenotip)에 의해 분석했다.
얼음 부착성 테스트 방법:
플라스틱 캡 (직경 4.3 cm) 및 알루미늄 플레이트를 준비하였다. 플라스틱 캡을 알루미늄 플레이트 상에 놓은 다음, 플라스틱 캡이 있는 플레이트를 냉각시켜 알루미늄 플레이트의 표면 위에 24 시간 동안 -20℃ 이하에서 얼음을 형성시켰다. 플라스틱 캡이 있는 플레이트를 -20℃로 설정된 환경 챔버에서 클램프로 고정하였다. 금속 프로브로, 캡을 플레이트 표면과 평행한 방향으로 1 mm/분의 속도로 밀었다. 플레이트 표면에서 캡을 단리시키기 위한 최대 힘 (F.N)을 기록했다. 이어서, 얼음 부착 강도를 하기 식으로 산출하였다: t=F/1.45 (kPa)
그 결과를 또한 표 2 및 3에 넣었다.
Figure pct00002
Figure pct00003
코팅이 없는 알루미늄 패널 (얼음 부착성은 약 90 kPa)과 비교할 때, 모든 실리콘 고무 코팅은 얼음 부착성을 현저하게 감소시킨다. 낮은 실리콘 분말 함유 코팅 (실시예 2)은, 무함유 또는 높은 실리콘 분말 함유 코팅 (실시예 1, 실시예 3)에 비해 매우 낮은 얼음 부착성을 보이는데, 이는 상기 표면 모듈러스 개질제의 효과를 입증한다.
유사한 경우에서, 실리콘 수지 기재 경질 코팅을 바인더로서 이용하였다. SR2472 단독 (실시예 8)과 비교할 때, 실리콘 분말 (실시예 9)은 얼음 부착성을 97% 감소시킬 수 있다. 실시예 11은 표면 광택 및 손 감각을 개선시키기 위해 SiH 실리콘 오일 및 비닐 검과 함께 경질 코팅 바인더에 실리콘 분말이 부가된 또 다른 예를 나타낸다. 실리콘 분말을 함유하지 않는 실시예 10과 비교할 때, 실시예 11은 실시예 9와 같은 낮은 얼음 부착성을 나타낸다.
실시예 12 내지 15
표 4에 열거된 제형을 시험하였다. 실시예 9에서 사용된 EP9801 대신에 다른 입자를 이용하였다.
Figure pct00004

Claims (11)

  1. (A) 실리콘 수지,
    (B) 실리콘 분말,
    (C) 촉매 및
    (D) 용매
    를 포함하는 코팅 조성물로서, 이때 실리콘 분말에 대한 실리콘 수지의 중량비((A)/(B))가 2.5 내지 200인, 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 실리콘 분말의 경도가 Shore A 80 이하인, 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 실리콘 분말의 입자 크기가 1 내지 10 마이크로미터인, 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 실리콘 분말의 밀도가 0.2 내지 0.5 g/cm3인, 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 실리콘 수지가 메틸 실리콘 수지, 실라놀 말단(terminated) 폴리디메틸실록산 및 비작용성(non-functional) 폴리디메틸실록산으로부터 선택되는, 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 추가로 (E) 충전제를 포함하는, 코팅 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 추가로 (F) 실리콘 액을 포함하는, 코팅 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 촉매가 지르코늄 촉매 또는 플래티늄 촉매로부터 선택되는, 코팅 조성물.
  9. 제1항의 코팅 조성물로부터 형성된 코팅 필름.
  10. 물품의 표면의 적어도 일부를 필름으로 갖는 물품으로서, 이때 필름은 제1항의 코팅 조성물로부터 형성되는, 물품.
  11. (A) 10 내지 45 중량%의 실리콘 수지,
    (B) 0.1 내지 7.5 중량%의 실리콘 분말,
    (C) 10 내지 250 ppm의 촉매 및
    (D) 30 내지 80 중량%의 용매 를 포함하는 코팅 조성물.
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