KR101849746B1 - 바인더 조성물, 슬러리 조성물 및 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법 - Google Patents

바인더 조성물, 슬러리 조성물 및 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바인더 조성물, 슬러리 조성물 및 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 고흡수성 수지가 슬러리 조성물에 고함량으로 포함되어도 저점도 상태를 유지할 수 있어 금속 표면에 고흡수성 수지의 균일한 코팅이 가능하며, 코팅 시 여러 번의 함습-건조 사이클을 거쳐도 탈착이 일어나지 않아 다양한 분야에 고흡수성 수지를 적용할 수 있는 장점이 있다.

Description

바인더 조성물, 슬러리 조성물 및 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법{BINDER COMPOSITION, SLURRY COMPOSITION AND A COATING METHOD OF METAL SURFACES WITH SUPER ABSORBENT POLYMER}
본 발명은 바인더 조성물, 슬러리 조성물 및 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 바인더 조성물, 상기 바인더 조성물 및 고흡수성 수지 입자를 포함하는 슬러리 조성물 및 상기 슬러리 조성물을 이용하여 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법에 관한 것이다.
고흡수성 수지(Superabsorbent Polymers, SAPs)란 자체 무게의 5백 내지 1천 배 정도의 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질로, 분말 형태로서 물을 저장할 수 있는 기능을 가지고 있어 유아용 기저귀, 성인용 기저귀 등 위생재 용도 및 바이오 및 농업 분야, 전기 절연 분야 등 다양한 분야에 많이 적용되고 있다.
상기 고흡수성 수지는 친수성 관능기를 가진 가교 중합체로 이루어져 있어, 물에 팽윤하지만, 녹지 않는 성질을 지녔으며, 공기 중의 수분을 흡수할 수 있다. 그러나 현재의 고흡수성 수지는 분말 형태이고, 비용해성 및 비용융성이기 때문에 추가 가공, 특히 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 추가 가공을 하는데 한계가 있었다. 또한 종래 기술의 경우 금속 표면에 고흡수성 수지를 코팅하는 경우 탈착 문제로 다양한 분야에 적용이 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 에어컨 등의 열 교환기 용도 등 다양한 형태로 고흡수성 수지를 이용하기 위해, 금속 표면에 고흡수성 수지를 균일하고 안정적으로 코팅할 수 있는 기술 개발이 꼭 필요한 실정이다.
대한민국 특허공개공보 제2015-0066075호
본 발명의 목적은, 금속 표면에 고흡수성 수지를 균일하게 코팅할 수 있고, 여러 번의 함습-건조 사이클을 거쳐도 탈착이 일어나지 않도록 안정적으로 코팅할 수 있도록 하는 바인더 조성물, 상기 바인더 조성물 및 고흡수성 수지 입자를 포함하는 슬러리 조성물 및 상기 슬러리 조성물을 이용하여 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 우레탄계 유기 바인더; 멜라민계 유기 바인더; 실란 커플링제; 및 용매;를 포함하는 바인더 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 바인더 조성물; 및 고흡수성 수지 입자;를 포함하는 슬러리 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, a) 상기 바인더 조성물에 고흡수성 수지 입자를 투입하여 슬러리 조성물을 제조하는 단계; 및 b) 상기 슬러리 조성물로 금속 기판을 코팅하는 단계;를 포함하는 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 고흡수성 수지 입자가 슬러리 조성물에 고함량으로 포함되어도 저점도 상태를 유지할 수 있어 금속 표면에 고흡수성 수지의 균일한 코팅이 가능하며, 코팅 시 여러 번의 함습-건조 사이클을 거쳐도 탈착이 일어나지 않아, 다양한 분야에 고흡수성 수지를 적용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 고흡수성 수지를 금속 표면에 코팅하기 위한 바인더 조성물, 슬러리 조성물 및 코팅 방법에 대한 것으로서, 이하 이에 대한 상세한 설명을 하도록 한다.
먼저, 상기 바인더 조성물에 대하여 설명하면, 상기 바인더 조성물은 우레탄계 유기 바인더, 멜라민계 유기 바인더, 실란 커플링제 및 용매를 포함한다.
상기 우레탄계 유기 바인더의 예로는 폴리우레탄 수지 고분자 등이 있고, 이와 같은 상기 폴리우레탄 수지 고분자는 통상의 알코올기 및 이소시안산(isocyanic acid, NH=C=O)기의 결합에 의해 제조된 우레탄 결합을 가지는 수지 고분자를 의미하며, 우레탄 결합을 가지는 수지 고분자라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 상기 우레탄계 유기 바인더의 함량은, 상기 바인더 조성물 전체 중량 중 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%이다.
다음으로, 상기 멜라민계 유기 바인더의 예로는 멜라민-포름알데히드 수지 고분자 등이 있고, 이는 멜라민과 포름알데히드를 반응시켜 제조된 열경화성 수지 고분자를 의미하며, 이와 같이 제조된 열경화성 수지 고분자라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 상기 멜라민계 유기 바인더의 함량은, 상기 바인더 조성물 전체 중량 중 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%이다.
계속해서, 상기 실란 커플링제는 바인더 조성물에 포함되어 분산성을 향상시키고, 고분자 간의 결합력을 좋게 하여 강도를 향상시키기 위하여 사용되는 것으로서, 에톡시실란, 트리메톡시실란 및 글리시독시프로필 트리메톡시실란과 같은 통상의 실란 커플링제를 특별한 제한 없이 1종 이상 사용할 수 있다. 또한, 상기 실란 커플링제의 함량은, 상기 바인더 조성물 전체 중량 중 10 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%이다.
마지막으로, 상기 용매로는 통상의 유기용매를 제한 없이 1종 이상 사용할 수 있으며, 에틸알코올, 이소프로필알코올, 1-메틸-2-피롤리디논, 클로로포름, 디클로로메탄, 에틸아세테이트, 헥산, 디에틸에테르, 벤젠 및 물(water) 등을 예시할 수 있다. 또한, 상기 용매의 함량은, 상기 바인더 조성물 중 우레탄계 유기 바인더, 멜라민계 유기 바인더 및 실란 커플링제의 함량을 제외한 나머지에 해당하며, 바람직하게는 40 내지 80 중량%일 수 있다.
한편, 상기 바인더 조성물에는 필요에 따라, 유화제 및 건조제 중 어느 하나 이상이 더욱 포함될 수 있으며, 상기 유화제로는 폴리옥시알킬렌 등을 예시할 수 있고, 상기 건조제로는 염화리튬 등을 예시할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 슬러리 조성물에 대하여 설명하면, 상기 슬러리 조성물은 상술한 액상의 바인더 조성물에 고흡수성 수지 (분말) 입자가 포함된(현탁된) 슬러리 형태의 현탁액으로서, 금속 표면 코팅 용도인 것이 바람직하지만, 이에 한정되지는 않는다. 전술한 바와 같이, 고흡수성 수지 입자는 분말 형태이기 때문에, 기존에는 금속 표면에 코팅시키더라도 탈착(박리)되는 등의 한계가 있었지만, 본 발명과 같이, 슬러리 형태의 고흡수성 수지 입자를 포함하는 조성물을 사용함으로써, 금속 표면에 코팅된 후 여러 번의 함습-건조 사이클을 수행하여도 탈착 현상이 발생하지 않게 되었다.
상기 고흡수성 수지(Superabsorbent Polymers, SAPs)는, 자체 무게 대비 최대 1천 배 정도의 수분 흡수가 가능한 분말 형태의 합성 고분자 물질로서, 친수성 관능기를 가지는 가교 중합체로 이루어져 있어, 물에 팽윤하지만 녹지 않는 성질을 가지고 있으며, 공기 중의 수분 또한 흡수가 가능하다. 한편, 이와 같은 고흡수성 수지는, 예를 들어, 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 중합개시제를 포함하는 단량체 조성물을 중합하여 함수겔상 중합체를 제조한 후, 건조, 분쇄 및 표면 가교 반응의 과정을 수행함으로써 제조될 수 있으며, 필요에 따라, 추가적인 기능을 부가하기 위하여, 다공성 초소수성 미세입자 등의 첨가물을 공급할 수 있다(본 출원인에 의한 대한민국 특허출원 제10-2013-0149440호(고흡수성 수지의 제조방법) 참조).
상기 고흡수성 수지 입자는 상기 슬러리 조성물 총 중량을 기준으로 60 중량% 이하, 바람직하게는 40 중량% 이하로 포함되며, 기존과 달리 60 중량%까지도 저점도 상태를 유지할 수 있어 균일한 코팅이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 상기 고흡수성 수지 입자의 크기에 상관 없이 균일하게 저점도를 유지할 수 있기 때문에, 상기 고흡수성 수지의 입자 크기는 제한이 없다.
다음으로, 본 발명에 따른 금속 기판(또는, 금속 표면)을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법은, a) 본 발명의 바인더 조성물에 고흡수성 수지 입자를 투입하여 슬러리 조성물을 제조하는 단계 및 b) 상기 슬러리 조성물로 금속 기판을 코팅하는 단계를 포함한다. 상기 금속 기판(금속 표면)을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법에 있어서, 고흡수성 수지 입자의 함량 및 크기는, 상기 바인더 조성물 및 고흡수성 수지 입자를 포함하는 슬러리 조성물에서 설명한 것과 동일하다.
또한, 상기 코팅은, 딥 코팅(dip coating) 방식으로 수행하는 것이 바람직하나, 동등한 효과를 달성할 수 있는 방법이라면 코팅 방법에 제한이 없고, 10초 내지 1분간 수행하는 것이 바람직하나, 이 또한 이에 한정되지 않는다.
이하 본 발명을 비한정적인 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명한다. 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다.
실시예
제조예 1. 바인더 조성물의 제조
에틸알코올 5 g, 규산에틸 5 g, 이소프로필알코올 40 g, 트리메톡시실란 5 g, 글리시독시프로필 트리메톡시실란 10 g, 멜라민-포름알데하이드 수지 10 g, 폴리옥시알킬렌 2.2 g, 염화리튬 0.3 g, 물 0.5 g, 1-메틸-2-피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone) 12 g, 폴리우레탄 10 g을 혼합하여 바인더 조성물을 제조하였다.
제조예 2. 고흡수성 수지의 제조
입경 50 내지 100 ㎛의 크기를 갖는 고흡수성 수지를 제조하였다.
제조예 3. 고흡수성 수지의 제조
입경 50 ㎛ 미만의 크기를 갖는 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 1. 알루미늄 기판 코팅
(1) 슬러리 조성물의 제조
상기 제조예 1에서 제조한 바인더 조성물에, 상기 제조예 2에서 제조한 입경 50 내지 100 ㎛의 크기를 갖는 고흡수성 수지를 투입하여 슬러리 조성물을 제조하였다. 이 때, 상기 고흡수성 수지의 투입량은, 슬러리 조성물 총 중량 기준 10 중량%로 하였다.
(2) 알루미늄 기판 코팅
상기 (1)에서 제조한 슬러리 조성물에 알루미늄 기판을 30 초간 딥 코팅(dip coating)한 후, 100 ℃ 오븐에서 1시간 동안 건조시켜 알루미늄 기판에 고흡수성 수지를 코팅하였다.
실시예 2. 알루미늄 기판 코팅
상기 제조예 1에서 제조한 바인더 조성물에, 슬러리 조성물 총 중량 기준 20 중량%로 고흡수성 수지를 투입하여 슬러리 조성물을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 기판에 고흡수성 수지를 코팅하였다.
실시예 3. 알루미늄 기판 코팅
상기 제조예 1에서 제조한 바인더 조성물에, 슬러리 조성물 총 중량 기준 30 중량%로 고흡수성 수지를 투입하여 슬러리 조성물을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 기판에 고흡수성 수지를 코팅하였다.
실시예 4. 알루미늄 기판 코팅
상기 제조예 1에서 제조한 바인더 조성물에, 슬러리 조성물 총 중량 기준 40 중량%로 고흡수성 수지를 투입하여 슬러리 조성물을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 기판에 고흡수성 수지를 코팅하였다.
실시예 5. 알루미늄 기판 코팅
(1) 슬러리 조성물의 제조
상기 제조예 1에서 제조한 바인더 조성물에, 상기 제조예 3에서 제조한 입경 50 ㎛ 미만의 크기를 갖는 고흡수성 수지를 투입하여 슬러리 조성물을 제조하였다. 이 때, 상기 고흡수성 수지의 투입량은, 슬러리 조성물 총 중량 기준 10 중량%로 하였다.
(2) 알루미늄 기판 코팅
상기 (1)에서 제조한 슬러리 조성물에 알루미늄 기판을 30 초간 딥 코팅(dip coating)한 후, 100 ℃ 오븐에서 1시간 동안 건조시켜 알루미늄 기판에 고흡수성 수지를 코팅하였다.
실시예 6. 알루미늄 기판 코팅
상기 제조예 1에서 제조한 바인더 조성물에, 슬러리 조성물 총 중량 기준 20 중량%로 고흡수성 수지를 투입하여 슬러리 조성물을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 알루미늄 기판에 고흡수성 수지를 코팅하였다.
실시예 7. 알루미늄 기판 코팅
상기 제조예 1에서 제조한 바인더 조성물에, 슬러리 조성물 총 중량 기준 30 중량%로 고흡수성 수지를 투입하여 슬러리 조성물을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 알루미늄 기판에 고흡수성 수지를 코팅하였다.
실시예 8. 알루미늄 기판 코팅
상기 제조예 1에서 제조한 바인더 조성물에, 슬러리 조성물 총 중량 기준 40 중량%로 고흡수성 수지를 투입하여 슬러리 조성물을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 알루미늄 기판에 고흡수성 수지를 코팅하였다.
비교예 1. 코팅되지 않은 알루미늄 기판
어떠한 조성물도 코팅하지 않은 알루미늄 기판을 준비하였다.
시험예
시험예 1. 코팅된 기판의 상태 확인 시험
광학 현미경(OM, 디지털 카메라: OMOS 3M)을 이용하여, 상기 실시예 1 내지 8에서 코팅된 알루미늄 기판의 상태를 육안으로 판별하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 한편, 하기 표 1에 있어서, ○ 표시는 균일함, △ 표시는 뭉침 또는 크랙이 존재하나 코팅에 영향 없음, X 표시는 코팅되지 않음 또는 박리됨을 의미한다.
시험예 1
(코팅된 기판의 상태 판별)
실시예 1 ○
실시예 2 ○
실시예 3 ○
실시예 4 ○
실시예 5 ○
실시예 6 ○
실시예 7 ○
실시예 8 ○
비교예 1 -
시험예 2. 코팅된 기판의 함습량 시험
상기 실시예 1 내지 8에서 코팅된 알루미늄 기판 및 비교예 1의 미코팅 알루미늄 기판을, 온도 32 ℃, 습도 90 %로 설정된 항온, 항습 오븐에 1 시간 동안 정치한 후 무게의 변화를 측정하여 백분율로 나타내었으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시험예 3. 코팅된 기판의 제습량 시험
상기 실시예 1 내지 8에서 코팅된 알루미늄 기판 및 비교예 1의 미코팅 알루미늄 기판을, 온도 100 ℃로 설정된 대류식 오븐(convection oven)에 1 시간 동안 정치한 후 무게의 변화를 측정하여 백분율로 나타내었으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시험예 2
(함습량 시험에 의한
기판의 무게 변화량(%))		 시험예 3
(제습량 시험에 의한
기판의 무게 변화량(%))
실시예 1 4.6 -4.0
실시예 2 8.1 -2.9
실시예 3 14.8 -2.9
실시예 4 24.5 -2.3
실시예 5 1.5 -4.0
실시예 6 11.3 -3.0
실시예 7 15.2 -5.7
실시예 8 17.5 -3.5
비교예 1 3.9 0.8
시험예 4. 기판의 안정성 확인 시험
상기 시험예 2 및 3의 함습량/제습량 시험을 3 사이클 반복 진행한 후, 광학 현미경(OM, 디지털 카메라; OMOS 3M)을 이용하여 코팅된 알루미늄 기판(상기 실시예 1 내지 8)의 안정성을 육안으로 확인한 후, 함습량/제습량 시험 후의 기판 상태를 상대 비교하여 수치화하였으며(0: 박리됨, 5: 약간의 박리와 크랙 발생, 10: 함습/제습 전과 동일한 상태), 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
시험예 4
(함습량/제습량 시험 후의 기판 상태)
실시예 1 10
실시예 2 10
실시예 3 10
실시예 4 9
실시예 5 10
실시예 6 10
실시예 7 9
실시예 8 7
실시예 1 내지 4(입경 50 내지 100 ㎛의 크기를 갖는 고흡수성 수지 입자를 포함하는 슬러리 조성물로 코팅)의 경우, 슬러리 조성물 내 고흡수성 수지 입자가 40 중량%로 함유된 실시예 4에서 약간의 크랙이 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 입경 50 ㎛ 미만의 고흡수성 수지를 사용한 실시예 5 내지 8의 경우, 실시예 5 및 6을 제외한 실시예 7 및 8에서 크랙, 탈착 등이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 기판의 안정성을 해칠 정도의 크랙이나 탈착은 아니어서, 기판의 안정성에는 큰 영향을 미치지 않았다.
즉, 상기 시험예 1 내지 4의 결과로 볼 때, 조성물이 코팅된 알루미늄 기판(실시예 1 내지 실시예 8)의 경우, 조성물이 코팅되지 않은 알루미늄 기판(비교예 1)에 비하여 기판의 안정성이 뛰어났다. 또한, 본 발명에 따른 슬러리 조성물의 경우, 고흡수성 수지 입자가 높은 함량으로 포함되어도 저점도 상태를 유지할 수 있어, 균일하고 안정적인 기판의 코팅이 가능하였다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. a) 폴리우레탄 수지 고분자; 멜라민계 유기 바인더; 실란 커플링제; 및 용매;를 포함하는 바인더 조성물에 고흡수성 수지 입자를 투입하여 슬러리 조성물을 제조하는 단계; 및
    b) 상기 슬러리 조성물로 금속 기판을 코팅하는 단계;를 포함하는 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 고흡수성 수지 입자는 상기 슬러리 조성물 총 중량을 기준으로 60 중량% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는, 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 고흡수성 수지 입자는 상기 슬러리 조성물 총 중량을 기준으로 40 중량% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는, 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 코팅은 딥 코팅(dip coating) 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 코팅은 10초 내지 1분간 수행되는 것을 특징으로 하는, 금속 표면을 고흡수성 수지로 코팅하는 방법.
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