KR20150086700A - 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물 및 이를 피막한 코팅 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 개질 처리된 중공체 분말을 포함하는 무기계 수지 조성물 5~15중량%와 유기 고분자 수지 조성물 85~95중량%를 포함하는 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물과 이를 피막한 코팅 제품에 관한 것이다.
본 발명에 따른 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물은 금속(도장층, 도금층), 유리, 플라스틱, 세라믹스, 콘크리트, 목재, 석재, 종이 등의 표면에 코팅하여 보호필름을 형성하도록 함으로서, 피도물을 기계적 충격, 화학적 부식, 열적 충격으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 각종 오염물질로부터 근본적으로 오염을 차단할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 건축물 등의 에너지 관련 시설분야뿐만 아니라, 자동차 등의 냉·난방 시설에 있어서 에너지 소비를 최소화하기 위하여 단열성능이 보완된 코팅제 조성물을 제공할 수 있다.

Description

분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물 및 이를 피막한 코팅 제품{Organic-inorganic hybrid protective coating composition having heat resistance and separation property, and products thereof}

본 발명은 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물 및 이를 피막한 코팅 제품에 관한 것이다.

건축물 등의 에너지 관련 시설 분야뿐만 아니라, 자동차 등의 냉·난방 시설에 있어서 에너지 소비를 최소화하기 위하여 단열성능이 우수한 코팅소재가 사용되고 있다.

이를 위하여 사용되는 기존의 코팅제로는 단열도료가 도포된 도막형태와 필름형태로는 차열필름 등이 사용되고 있다. 기존의 단열도료는 코팅된 후 도막의 내구성능에 따라 단열효과가 현저하게 감소하기 때문에 유지·보수 등이 어려워 용도가 제한적이며 필름형태의 차열 필름은 부착이 어렵고 오염시 세척이 곤란하며 청결한 상태로 장기간 유지하는 것이 어렵다.

미국공개특허 2005-0009966

이에 본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 금속(도장층, 도금층), 세라믹스, 유리, 플라스틱, 종이, 목재, 석재, 콘크리트 등의 다양한 피도물에 도장하여 상온건조 후 필름형태로 피도물에 부착되고, 필요시 도막 필름을 쉽게 분리할 수 있는 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물을 피막한 코팅 제품을 제공하는 데도 있다.

본 발명에 따른 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물은 표면 개질 처리된 중공체 분말을 포함하는 무기계 수지 조성물 5~15중량%와 유기 고분자 수지 조성물 85~95중량%를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 무기계 수지 조성물은 중공체 분말 2~5중량%에 이소프로필알콜 용매 20~40중량%, 증점제 1~5중량%, 실란 커플링제 5~15중량%, 물 15~30중량%를 혼합하여 가수분해시킨 것일 수 있다.

상기 중공체 분말은 평균입자크기 5~20 ㎛의 알루미노 실리케이트계 분말이 바람직하다.

상기 실란 커플링제는 메틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 에폭시실란, 아미노실란, 페닐실란, 테트라에톡시실란, 및 그리시독시트리트리메톡시실란으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 유기 고분자 수지 조성물은 수용성 아크릴 수지 60~80중량%, 폴리우레탄 수지 10~20중량%, 증점제 1~2중량%, 소포제 1~3중량%, 접착제 2~5중량 및 잔량의 용매를 포함하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물을 이용한 보호 코팅층을 포함하는 제품을 제공할 수 있다.

상기 제품의 재질은 금속(도장층, 도금층), 유리, 플라스틱, 세라믹스, 콘크리트, 목재, 석재, 및 종이 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물은 금속(도장층, 도금층), 유리, 플라스틱, 세라믹스, 콘크리트, 목재, 석재, 종이 등의 표면에 코팅하여 보호필름을 형성하도록 함으로서, 피도물을 기계적 충격, 화학적 부식, 열적 충격으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 각종 오염물질로부터 근본적으로 오염을 차단할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 건축물 등의 에너지 관련 시설분야뿐만 아니라, 자동차 등의 냉·난방 시설에 있어서 에너지 소비를 최소화하기 위하여 단열성능이 보완된 코팅제 조성물을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 보호 코팅제 조성물을 이용한 보호 코팅층을 포함하는 코팅 제품은 단열 특성이 우수하고, 투명한 색상뿐만 아니라 다양한 색상 구현이 가능하며, 수분이나 열로부터 안정하여 내구성이 우수하다.

도 1은 본 발명에 따른 분리형 유/무기 하이브리드 보호 코팅제 조성물의 가교 결합을 통한 망상 구조를 예시한 것이고,
도 2는 중공체 분말의 표면 개질 처리 개요도이고,
도 3과 4는 본 발명의 실시예 2와 3에 따라 제조된 보호코팅층의 분리 성능 측정 사진이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 발명은 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물과, 상기 조성물을 다양한 소재에 코팅하여 피도물을 안전하게 보호할 수 있는 코팅 제품을 제공하는 데도 있다.

본 발명에 따른 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물은 표면 개질 처리된 중공체 분말을 포함하는 무기계 수지 조성물 5~15중량%와 유기 고분자 수지 조성물 85~95중량%를 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 코팅제 조성물은 표면 개질 처리된 중공체 분말을 포함한 무기계 수지 조성물을 제조하고, 상기 무기계 수지 조성물에 유기 고분자 수지 조성물을 첨가하여 가교결합을 유도하여 다음 도 1에서와 같이 3차원 망상구조를 가지도록 한다.

본 발명에 따른 무기계 수지 조성물은 중공체 분말 2~5중량%에 이소프로필알콜(IPA) 용매 20~40중량%, 증점제 1~5중량%, 실란 커플링제 5~15중량%, 물 15~30중량%를 혼합하여 가수분해시켜 제조될 수 있으며, 상기 무기계 수지 조성물의 제조시 상기 중공체 분말의 표면이 상기 실란 커플링제에 의해 표면 개질 처리된다. 다음 도 2는 무기 중공체 분말의 표면 개질 처리 개요도이다.

본 발명에 따른 중공체 분말은 단열 성능을 부여하고, 자외선을 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 경량의 효과를 제공하기 위하여 사용하는데 일반적으로 분체는 수지 내에 분산이 어렵고, 분산성이 부족하면 도막의 성능이 취약하다. 따라서, 본 발명에서는 이를 해결하고자 분체의 표면을 개질 처리하여 사용하게 되는데, 이러한 표면개질 처리는 분체에 실란 커플링제를 첨가한 다음 가수분해 반응시켜 제조되는 생성물을 이용한다.

본 발명에 따른 분체는 중공체 분말로서, 평균입자크기 5~20 ㎛의 알루미노 실리케이트계 분말이 가장 바람직하다.

상기 무기계 수지 조성물에 포함되는 용매로는 이소프로필알콜(IPA)을 20~40중량%로 사용하는 것이 표면 개질 효과를 극대화시킬 수 있어 바람직하며, 점도 조절을 위하여 하이드로프로필 셀룰로즈(HPC, Hydropropyl cellulose)와 같은 증점제를 1~5중량%의 범위 내에서 사용할 수 있다.

또한, 상기 실란 커플링제는 가수분해 반응을 통하여 실록산 가교결합된 구조를 형성하고, 이러한 구조는 상기 분체 표면의 수산기와 결합되어 분체의 분산이 용이하고 화학적으로 안정된 상태가 되도록 한다. 이러한 실란 커플링제로서는 메틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 에폭시실란, 아미노실란, 페닐실란, 테트라에톡시실란, 및 그리시독시트리트리메톡시실란으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 상기 실란 커플링제는 5~15중량%로 포함되는 것이 적절한 분체 표면의 개질을 위해 바람직하다.

또한, 가수분해를 위해 첨가되는 물은 pH를 1∼2로 조절되도록 질산(HNO₃)을 1~5중량%의 함량으로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

선택적으로 본 발명의 무기계 수지 조성물에는 다양한 안료를 5~20중량%의 범위로 포함시킬 수도 있다. 상기 안료의 첨가 유무로 투명 보호층 또는 색상을 가지는 보호층을 형성시킬 수 있다.

상기 가수분해 반응은 다음 반응식 1과 같다.

(반응식 1)

- Si(OR)n + XH₂O → Si(OH)x (OR)n-x + X ROH

또한, 본 발명에 따른 보호 코팅제 조성물에 포함되는 유기 고분자 수지 조성물은 중량평균분자량 1,000~50,000인 수용성 아크릴 수지 60~80중량%, 폴리우레탄 수지 10~20중량%, 증점제 1~2중량%, 소포제 1~3중량%, 접착제 2~5중량 및 잔량의 용매를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 상기 '수용성 아크릴 수지'란 물에 분산 내지 용해 가능한 아크릴 수지를 의미하며, 이를 위해 수지 내에 카르복실기 관능기를 필수적으로 함유하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 다른 불포화 단량체를 포함할 수 있다. 이러한 카르복실기 관능기 함유 수용성 아크릴 수지의 구체 예로는, (메트)아크릴산, 말레인산, 푸말산, 크로톤산, 이타콘산, 시트라콘산, 무수 말레인산, 말레인산모노메틸, 말레인산모노부틸, 이타콘산모노메틸, 이타콘산모노부틸 등이 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합 사용할 수 있다.

상기 수용성 아크릴 수지는 도막 유연성, 분리용이성, 내수성을 위해 유기 고분자 수지 조성물 중 60~80중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 수용성 아크릴 수지는 중량평균분자량이 1000~50,000의 저분자량을 가지는 것이 바람직한데, 중량평균분자량이 1000 미만에서는 도막 형성이 저하되어 바람직하지 못하고, 중량평균분자량이 50,000을 초과하면, 플라스틱 필름층과의 밀착성이 높아져, 경화 후의 분리성이 저하되는 경향이 있다.

또한, 상기 폴리우레탄은 결합제의 역할을 수행할뿐만 아니라 탄성과 인장강도 물성 확보를 위해 유기 고분자 수지 조성물 중 10~20중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

적절한 점도 조절을 위해 메틸 셀룰로즈와 같은 증점제를 1~2중량%로 포함할 수 있으며, SiO₂와 같은 소포제를 1~3중량%, 도막 두께를 조절하고 접착력 향상을 위한 접착제로서 폴리비닐알콜(PVA)를 2~5중량%로 포함할 수 있다.

또한, 유기 고분자 수지 조성물의 용매는 물을 사용할 수 있으며, 상기 유기 고분자 수지 조성물을 구성하는 다른 성분과 합하여 100중량%가 되도록 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 보호 코팅제 조성물은 상기 표면 개질 처리된 중공체 분말을 포함하는 무기 수지계 조성물과 상기 유기 고분자 수지 조성물을 가교 결합으로 형성될 수 있는 바, 상기 가교 결합은 상기 조성물을 20~200㎛ 두께의 도막을 도포시킨 다음 상온, 또는 열이나 자외선 등의 적절한 수단을 이용하여 형성시킬 수 있다.

따라서, 최종적으로 생성된 유/무기 보호 코팅제 조성물은 실록산(siloxane)이 표면에서 결합되어 소수성의 표면 특성을 나타내게 되며, 반대쪽에는 유기 고분자 수지를 분포시켜 계면과의 접착을 용이하게 한다.

본 발명은 상기 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물을 다양한 피도물에 코팅시킨 보호 코팅층을 포함하는 코팅 제품을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 보호 코팅층은 상기 제품 표면의 보호를 위해 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 주방 기물 등에는 내면의 보호 코팅을 위해 형성될 수 있고, 자동차 휠(주물/판재)에는 그 표면의 보호 코팅을 위해 형성될 수도 있다.

본 발명에 따른 상기 보호 코팅층이 내면 보호를 위해 사용되는 경우, 약 300℃에서 10분 동안의 그 내열성이 유지될 수 있으며, 상기 보호 코팅층이 표면 보호를 위해 사용되는 경우, 약 200℃에서 20분 동안 그 내열성을 유지할 수 있는 효과를 가진다.

상기 보호 코팅층의 형성은 스프레이 코팅, 디핑(dipping), 브러쉬를 이용한 방법 등을 이용할 수 있으며, 그 코팅 방법이 특별히 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 보호 코팅층은 상온이나, 50~60℃의 온도에서 5~10분 동안 건조시킬 수 있다. 이러한 과정을 통하여 제조되는 본 발명의 보호 코팅층은 약 20~200㎛ 의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 보호 코팅용 조성물은 다양한 제품에 도포될 수 있는데, 예를 들어, 콘크리트, 금속(도장층, 도금층), 세라믹스, 플라스틱, 유리, 석재, 목재 및 종이 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 따른 보호코팅층은 필름 형태로 형성되는 것이므로, 상기 다양한 재질로부터 분리가 가능한 특징을 가진다. 따라서, 다양한 제품의 내면 및 표면의 보호를 위한 보호 코팅층으로 사용되는 한편, 적절한 시기에 분리시켜 제거하여 재생성시킬 수 있기 때문에 간편하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

실시예 1 : 유/무기 하이브리드 보호 코팅 조성물 제조

1) 표면개질 처리된 중공체 분말을 포함하는 무기계 수지 조성물 제조

평균입자크기 5㎛인 알루미노 실리케이트 5중량%, 이소프로필알콜(IPA) 53중량%, 하이드로프로필셀룰로스를 이소프로필알콜에 1.5중량%의 농도로 용해시킨 용액 5중량%, 메틸트리메톡시실란(TSL8113) 10중량%, 안료(bayer제조) 12중량%, 물(pH를 1∼2로 조절되도록 질산을 혼합한 액) 15중량%를 혼합하여 가수분해시켜 표면 개질 처리된 중공체 분말을 포함하는 무기계수지 조성물을 제조하였다.

2)유기 고분자 수지 조성물 제조

중량평균분자량 20,000의 수용성 아크릴 수지((메트)아크릴산) 70중량%, 폴리우레탄 수지 10중량%, 메틸 셀룰로즈 2중량%, SiO2 2중량%, 폴리비닐알콜 5중량%, 및 물 11중량%를 첨가하여 유기 고분자 수지 조성물을 제조하였다.

3)분리형 유/무기 하이브리드 보호 코팅제 조성물 제조

상기 1)에서 제조된 조성물 10중량%와 상기 2)에서 제조된 유기 고분자 수지 조성물 90중량%를 혼합하여 분리형 유/무기 하이브리드 보호 코팅제 조성물을 제조하였다.

실시예 2 : 내면 보호 코팅층을 포함하는 주방기물 제조

상기 실시예 1에서 제조된 유/무기 하이브리드 보호 코팅 조성물을 불소도료가 도포된 후라이팬의 내면에 스프레이 코팅법을 이용하여 도포시킨 후, 약 50℃의 온도에서 10분 동안 경화시켜 가교 결합이 형성되도록 하고, 건조시켰다. 건조 후 내면 보호 코팅층의 최종 두께는 약 50㎛였다.

실시예 3 : 내면 보호 코팅층을 포함하는 주방기물 제조

무기 수지 조성물 제조시 안료를 포함하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 투명 유/무기 하이브리드 보호 코팅 조성물을 제조하고, 이를 상기 실시예 2에서와 같이 불소도료가 도포된 후라이팬의 내면에 내면 보호 코팅층을 형성시켰다.

실시예 4 : 표면 보호 코팅층을 포함하는 자동차 휠 제조

상기 실시예 1에서 제조된 유/무기 하이브리드 보호 코팅 조성물을 자동차 휠의 표면에 도포시켜 건조 후 두께가 약 100㎛가 되도록 도포하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표면 보호 코팅층을 형성시켰다.

비교예 1

시판되고 있는 단열 도료인 KCC의 히트 센스 제품을 사용하여 본 발명과 비교하였다.

실험예 1 : 단열성 측정

상기 실시예 2의 후라이팬의 단열성능을 측정하였으며 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

성 능	비교예 1	실시예 2
열전도율(29mw/m.k)	53	35
열관류저항(473㎡.k/w)	-	500

상기 표 1의 결과에서와 같이, 분리형 유/무기 하이브리드 보호 코팅제 조성물을 도포시킨 내면 보호층은 기존 시판되고 있는 단열 도료에 비해 단열 효과가 우수한 것을 확인하였다.

실험예 2 : 분리 성능 확인

상기 실시예 2와 3에서 불소도료가 도포된 후라이팬의 내면에 형성된 보호 코팅층이 분리 가능한지를 실험하였으며, 그 결과를 다음 도 3에 나타내었다.

다음 도 3에서와 같이, 본 발명 실시예 1에 따라 제조된 안료를 포함하는 유/무기 하이브리드 보호 코팅제 조성물과 안료를 포함하지 않는 투명 유/무기 하이브리드 보호 코팅제 조성물 모두 불소도료가 도포된 후라이팬의 내면에 형성된 보호코팅층은 우수한 분리 효과를 가짐을 확인하였다.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 표면 개질 처리된 무기 재료와 유기 고분자 수지를 혼합하여 제조된 유/무기 하이브리드 보호 코팅제 조성물은 다양한 피도물의 내부 및 표면 보호를 위한 보호 코팅층의 역할을 효과적으로 수행할 수 있고, 그 단열 성능이 우수함을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 코팅 제품에 형성된 보호 코팅층은 필요에 따라 분리가능한 특성을 가짐으로 사용이 용이하고 간편한 효과를 가진다.

Claims (8)

1. 표면 개질 처리된 중공체 분말을 포함하는 무기계 수지 조성물 5~15중량%와 유기 고분자 수지 조성물85~95중량%를 포함하는 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 무기계 수지 조성물은 무기 중공체 분말 2~5중량%, 이소프로필알콜 용매 20~40중량%, 증점제 1~5중량%, 실란 커플링제 5~15중량%, 물 15~30중량%를 혼합하여 가수분해시킨 것인 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 무기 중공체 분말은 평균입자크기 5~20 ㎛의 알루미노 실리케이트인 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 실란 커플링제는 메틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 에폭시실란, 아미노실란, 페닐실란, 테트라에톡시실란, 및 그리시독시트리트리메톡시실란으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 유기 고분자 수지 조성물은 수용성 아크릴 수지 60~80중량%, 폴리우레탄 수지 10~20중량%, 증점제 1~2중량%, 소포제 1~3중량%, 접착제 2~5중량 및 잔량의 용매를 포함하는 것인 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물.
   
6. 제1항에 따른 분리형 유/무기 하이브리드형 보호 코팅제 조성물을 이용한 보호 코팅층을 포함하는 제품.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 보호 코팅층은 상기 제품의 내면 또는 표면의 보호를 위해 형성되는 것인 제품.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 제품의 재질은 금속(도장층, 도금층), 유리, 플라스틱, 세라믹스, 콘크리트, 목재, 석재, 및 종이 중에서 선택되는 1종 이상인 제품.
   

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