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KR20030076665A - 자정작용 페인트 코팅 및 이를 제조하기 위한 방법 및 시약 - Google Patents

자정작용 페인트 코팅 및 이를 제조하기 위한 방법 및 시약 Download PDF

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KR20030076665A
KR20030076665A KR10-2003-7010485A KR20037010485A KR20030076665A KR 20030076665 A KR20030076665 A KR 20030076665A KR 20037010485 A KR20037010485 A KR 20037010485A KR 20030076665 A KR20030076665 A KR 20030076665A
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KR
South Korea
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top layer
self
coating
lacquer
composition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR10-2003-7010485A
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English (en)
Inventor
바우만마틴
프리쉐클라우스디이터
코벨아르쯔다그마르
루드비히스테판
포쓰루츠
Original Assignee
페로 게엠베하
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Publication date
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Abstract

본 발명은 로터스 효과(Lotus Effect®)를 나타내는 자정작용 페인트 코팅과 시약 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 페인트 코팅은 평균입자 직경이 100㎚ 미만인 구조형성 입자를 갖는 페인트 기저 코팅과 상단 코팅을 포함한다. 시약은 액체 배지, 상기 액체 배지에 용해된 적어도 하나의 소수성 시약 및 현탁액에 유지되는 상술한 구조형성 입자를 포함한다. 방법은 페인트 코팅을 갖는 기판의 코팅 단계, 부분적으로 경화되거나 경화되지 않은 페인트 기저에 대해 상단층을 형성하는 액체 시약에서 걸쭉한 시약의 도포 단계 및 상단 코팅의 경화 단계 및 필요하다면, 페인트 기저 코팅의 경화 단계를 포함한다.

Description

자정작용 페인트 코팅 및 이를 제조하기 위한 방법 및 시약{Self-Cleaning Paint Coating And A Method And Agent For Producing The Same}
본 발명은 원하는 기판상의 자정작용 라커 코팅에 관한 것이다; 라커 코팅은 로터스 효과(Lotus Effect®)를 보인다. 본 발명은 또한 자정작용 라커코팅 제조 방법 및 조성물을 제공한다.
표면의 양호한 자정작용 효과를 달성하기 위해, 양호한 소수성(hydrophobicity) 뿐만 아니라, 또한 미세거친 표면구조(micro-rough surface structure)를 가져야만 한다는 것이 알려져 있다. 2가지 특징은 본래, 예를 들어, 연잎에서 나타난다; 소수성 물질로 형성된 표면은 서로 수 ㎛ 씩 이격된 피라미드 형상의 융기를 갖는다. 물방울이 실질적으로 이들 피크와 접촉하게되어, 접촉영역이 작아져, 접착력이 매우 낮아진다. 산업용 표면상의 "연잎 효과(lotus effect)"의 이들 관계와 주요 이용가능성이 에이.에이. 아브람존(A.A. Abramzon)에 의해 Khimia i Zhizu(1982), no 11, 38-40에 개시되어 있다.
연잎 효과와 관계없이, 미국특허 명세서 제3,354,022호는 표면이 요철을 갖는 미세거친 구조를 가지며 소수성 물질, 특히 플루오르함유 폴리머로 형성되는 방수표면을 개시하고 있다. 일 실시예에 따르면, 자정작용 효과를 갖는 표면은 3 내지 12 ㎛ 범위의 직경을 갖는 유리 비드(bead)와 플루오로알킬 에톡시메타크릴레이트 폴리머(fluoroalkyl ethoxymethacrylate polymer)에 기초한 플루오르카본 왁스(fluorocarbon wax)를 포함한 현탁액으로 기판을 코팅함으로써, 세라믹 벽돌이나 유리에 적용될 수 있다. 표면의 낮은 내마모성과 중간 정도의 자정작용 효과는 이와 같은 코팅의 단점이다.
유럽특허 공개 명세서 제0 909 747 A1호는 표면, 특히 지붕 타일의 자정작용 성질을 산출하기 위한 방법에 관한 것이다. 표면은 5 내지 200㎛의 높이를 갖는 소수성 융기를 갖는다. 이와 같은 표면은 실록산 용액에 있는 불활성 재료의 분말입자의 분산도포와 연이은 경화(curing)에 의해 생산된다. 상기에서 알려진 공정에서와 같이, 구조형성 입자는 마모 안정화 방식으로 기판의 표면에 고착되지 않는다.
유럽특허 제EP 0 772 514호는 요철의 합성 표면구조를 갖는 물체의 자정작용 표면에 관한 것으로, 융기 사이의 거리가 5 내지 200㎛ 범위이고, 상기 융기 높이는 5 내지 100㎛ 범위이며, 상기 구조는 안정적인 방식으로 소수성화된 소수성 폴리머 또는 소수성 재료를 포함한다. 엣칭 및 양각(embossing)처리와 또한 소수성 폴리머의 접착과 같은 코팅 처리가 상기 구조 형성에 적합하다. 필요하다면, 상기 구조의 형성 후에 소수성화(hydrophobization), 예를 들면 소위 실란화(silanization)가 잇따른다. 자정작용 표면, 즉 차량 코팅과 같이, 부드럽게 요동되는 물에 의해 세척되는 표면은 심한 작동부에 노출되지 않아야하므로, 자정작용 능력이 떨어진다.
유럽특허출원 제EP 0 933 388 A2호는 소수성 성질을 가지며 유사하게 구조화된 표면에 관한 것이다. 표면은 평균높이가 50㎚ 내지 10㎛이고 평균거리가 50㎚ 내지 10㎛인 융기를 가지며 10 내지 20 mN/m의 구조화되지 않은(non-structured) 재료의 표면에너지를 가진다. 특히 낮은 표면에너지와 이에 따른 소수성 및 수유성(oleophobic) 성질을 달성하기 위해, 구조화된 표면은 플루오르 함유 폴리머를 포함하거나 알킬플루오로실란(alkylfluorosilanes)을 이용하여 처리된다. 본 명세서에 개시된 형성 공정 대신에 상기 표면을 구조화하기 위한 코팅공정을 또한 이용하는 지침이 이 문헌에서 찾을 수 없다.
독일특허출원 제DE 100 63 739.6호는 자정작용 표면을 갖는 유리, 세라믹, 플라스틱, 금속 및 광택제나 에나멜제가 도포된 기판에 관한 것이다. 자정작용 표면은 평균 입자 직경이 100㎚ 미만, 특히 50㎚ 미만 및 적어도 5㎚인 구조형성 입자와 무기 또는 유기재료인 층형성 재료를 포함한다. 구조형성 입자는 층형성 재료에 의해 기판에 고정된다. 기본 입자 및/또는 단괴의 일부가 자체적으로, 또는 층 형성 재료의 외피와 함께, 적어도 부분적으로 표면에서 돌출되어 있고 이런 방식으로 나노스케일 범위로 돌기를 형성한다. 구조화된 표면은 적어도 부분적으로 소수성 코팅을 갖는다. 이러한 자정작용 표면을 생산하기 위해, 구조형성 입자와 무기 또는 유기 층형성 재료를 포함하는 조성물이 공지된 코팅 공정, 예를 들면 라커칠(larquering) 공정에 의해 기판에 도포된다. 접착성이 있으며 단단히 부착되는 층이 열처리에 의해 형성된 후, 예를 들면, 풀르오르 함유 실란 및/또는 풀루오르 함유 실록산(siloxanes)을 이용하여 소수성화가 잇따른다. 본 명세서의 참조 문헌에 있는 공정이 상술한 기판과는 다른 기판에 도포될 수 있지만, 인위적인 표면구조를 갖는 기저 라커층과 상단층을 포함하는 자정작용 라커코팅이 언급되지 않고 있다. 이 문헌은 또한 자정작용 표면의 제조를 위해 사용되는 조성물이, 구조형성 입자 및 무기 접합제(inorganic binder) 또는 유기 접합제(organic binder)와는 별개로, 소수성 시약을 동시에 포함하는 것에 따른 어떠한 제안도 포함하지 않고 있다. 이 문헌의 개시에 있는 공정에서, 표면구조 및 소수성화의 형성이 개별 단계로 실행된다.
따라서 본 발명의 목적은 자정작용 표면을 갖는 기판을 더 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 구조화된 면의 형성과 소수성화가 동시에 실행될 수 있는 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 하기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이 상술한 목적과 또 다른 목적은 본 발명에 따른 자정작용 라커 코팅과, 그 제조를 위한 조성물 및 방법에 의해 달성된다.
기저 라커층과 입자로 형성된 인위적인 요철의 표면구조를 갖는 상단층을 포함하는 자정작용 라커코팅을 찾았으며, 상기 자정작용 라커 코팅은 상기 입자가 평균 직경이 100㎚ 미만이고 접합제 시스템(binder system)에 의해 적어도 부분적으로 상단층에 접합되며, 융기 사이의 평균높이 및 평균거리가 50㎚ 미만이고 표면 또는 상단층이 적어도 부분적으로 소수성인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자정작용 라커 코팅은 소수성 특징을 갖는 나노스케일 표면 구조를 갖는다. 평균 직경이 100㎚ 미만, 특히 50㎚ 미만에서 약 5㎚인 구조형성 기본 입자가 어느 정도까지는 단괴를 형성할 수 있으므로, 상기 표면구조는, 상술한 돌기 뿐만 아니라, 더 큰 거리와 높이를 갖는 슈퍼구조를 또한 가질 수 있다. 상기 슈퍼구조의 융기 사이의 평균거리 및 높이는 일반적으로 상당히 1㎛ 아래이다.
구조화된 상단층은 개별적으로 도포된 소수성 층에 의해 소수성화될 수 있었으며, 상기 소수성 층은 단지 몇 원자층 두께이어야만 하나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소수성 시약은 구조형성 입자의 구성요소이고, 상단층은 경화된 접합제 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 자정작용 코팅은 3°미만, 바람직하게는 1°미만의 매우 낮은 롤오프 각도에서 또한 반사되는 대단히 양호한 자정작용 효과를 갖는다. 유럽 특허 제0 772 514호에서는 자정작용 표면구조의 융기 사이의 거리가 5 에서 200㎛ 범위이어야만 하고 유럽특허출원 제0 933 388호에서는 구조화된 표면의 융기 사이의 평균높이 및 평균거리는 50㎚ 에서 10㎛로 기술하고 있음을 개시하므로, 상당히 미세한 표면구조와 소수성 특징을 갖는 상단층을 포함하는 라커 코팅이 매우 양호한 자정작용 성질을 가진다라고 예측될 수 없었다. 결과적으로 영향받는 본 발명에 따른 구조형성 입자의 평균 직경과 표면구조를 기초로, 본 발명에 따른 라커 코팅은 또한 접합제 층에 접합된 상당히 큰 입자 직경, 예를 들면 1㎛ 이상의 구조형성 입자를 포함하는 자정작용 표면보다 상당히 더 큰 내마모성을 가진다.
구조형성 입자는 유기 또는 무기 물질일 수 있다. 무기 기판 중에는 예를 들면, 금속 산화물, 혼합 산화물, 규산염(silicates), 황산염(sulfates), 인산염(phosphates), 붕산염(borates), 금속 황화물, 옥소술파이드(oxosulfides),셀레나이드(selenides) 및 술포셀레나이드(sulfoselenides), 금속 질화물 및 산화 질화물과 금속 분말이 언급될 수 있다. 유기구조 형성입자 중에는 예를 들면, 카본 블랙(carbon blacks) 및 나노스케일 유기 폴리머 입자가 언급될 수 있으며, 상기 형성입자들 중에는 플루오르 함유 폴리머가 언급될 수 있다. 청구항에 따른 입자 직경이 특히, 약 5㎚ 에서 50㎚ 미만인 구조형성 입자를 상업적으로 얻을 수 있다. 상기 구조형성 입자들은 본래 공지된 침강 공정(precipitation processes) 또는 기체성 시작물질이 분말물질로 변환되는 고온 공정(pyrogenic processes)에 의해 다르게 얻어질 수 있다. 구조형성 입자는 특히 바람직하게는 실리카(Si02), 이산화티탄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2) 및 산화주석(SnO2)으로 구성된 연속물로부터의 침강 또는 고온으로 제조되는 금속 산화물에서 자연적으로 발생된다. 이들 산화물은 특히 바람직하게 고온으로 제조된 산화물이며, 이들 중 특히 실리카이다. 고온 실리카(pyrogenic silica)는 평균 기본입자 크기가 약 5 내지 40㎚ 범위로 상업적으로 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 자정작용 라커층의 상단층은, 구조형성 입자 뿐만 아니라, 경화 접합제 시스템, 특히 유기접합제 시스템을 포함한다. 구조형성 기본입자와 그 단괴는 표면구조가 형성되도록 접합제 시스템에 고정된다. 접합제 시스템은 하나 또는 다수의 구성요소 시스템일 수 있으며, 또한 상단층에 포함된 소수성 시약이 상기 접합제 시스템의 구성요소일 수 있다. 후자는 상기 접합제 시스템 및 소수성 시약 모두가 경화동안 서로 반응하는 반응기를 포함하는 경우이다.
본 발명에 따른 라커 코팅의 일 실시예에 따르면, 기저 라커층의 접합제 시스템이 실질적으로 상단층의 접합제 시스템에 대응한다. 그러나, 알려진 바와 같이, 반응성 소수성 시약이 상단층의 접합제 시스템에 부가적으로 포함될 수 있다. 다른 방안의 실시예에 따르면, 선택적으로 합체되는 반응성 소수성 시약에 무관하게 기저 라커층 및 상단층의 접합제 시스템이 화학적으로 다르다. 기저 라커층과 상단층의 접합제 시스템이 실질적으로 동일하면, 본 발명에 따른 구조형성 입자가 있는 전체 코팅의 일부를 상단층으로 간주한다.
접합제 시스템 대 상기 접합제 시스템에 접합된 구조형성 입자의 중량비는 범위가 폭넓을 수 있다; 상기 비는 상단층의 제조를 위한 조성물의 도포 형태에 의해 결정적으로 정해진다. 중량비는 보통 1:50 에서 10:1의 범위이나, 바람직하게는 1:5 에서 5:1 범위이다. 도포동안 및 상단층의 경화동안 구조형성 입자가 여기에서 완전히 빠지는 것이 아니라, 본 발명에 따라 요구되는 나노스케일 표면구조를 형성하도록 충분한 양의 구조형성 입자가 있어야 하는 것이 필수적이다.
본 발명에 따른 라커 코팅의 구조화된 상단층은 구조 형성후에 도포된 소수성 라커를 가질 수 있지만, 소수성 시약은 바람직하게 상단층 내부에 균일하게 분포되어 있고 충분한 표면 소수성화가 생기도록 어떤 농도로 존재한다. 상단층의 접합제 구성요소 및/또는 구조형성 입자의 반응기와 화학적으로 결합되게 하는 이러한 소수성 시약이 바람직하게 존재한다. 부가적으로 또는 다른 방안으로, 초기 모노머 또는 올리고머 소수성 시약이 또한 상단층의 경화동안 폴리머 접합제 시스템을 자체적으로 형성하고 기저 라커층 상의 구조형성 입자를 고정시킬 수 있다.
기저 라커층 및 상단층 모두는 화학적으로 다른 접합제 시스템을 포함할 수 있다. 실질적으로 모든 공지된 라커 시스템이 기저 라커층용으로 가능하다. 이들은 유기, 유기 수용성 또는 순수한 수용성 용매 시스템에 있는 유기 접합제일 수 있다. 복사경화(radiation-curing) 라커 시스템 및 분말 코팅 시스템이 또한 사용될 수 있다. 적절한 접합제의 예는 셀룰로오즈 기반의 접합제, 염소 처리된 고무(chlorinated rubber), 폴리비닐(polyvinyl) 화합물, 아크릴 및 메타크릴 수지(methacrylic resin), 알키드(alkyd) 수지 및 다른 폴리에스테르(polyester) 수지, 폴리메탄(polymethane) 수지, 에폭시(ephoxyresin) 수지, 멜라민(melamine), 요소(urea) 및 페놀수지(phenolic resin) 및 하이드로카본(hydrocarbon) 수지이다.
바람직한 실시예에 따르면, 기저 라커층은 예를 들면 분말코팅 및 복사경화 라커에 사용되는 바와 같이 용매가 없거나 저용매 접합제 시스템상에 기초한다. 분말 코팅용 접합제는, 특히, 에폭시 폴리에스테르 시스템 및 , 폴리에스테르-트리글리시딜 이소시아누레이트(polyestertryglycidyl isocyanurate) 시스템, 다른 에폭시 수지 시스템, 폴리에스테르 폴리우레탄(polyester-polyurethane) 시스템 및, 다소 덜한 정도로, 또한 폴리에틸렌, 폴리아미드, PVC, 에틸렌/비닐 알콜 코폴리머(ethylene/vynil alcohol copolymer) 및 열경화성 폴리에스테르 계열과 같은 열경화성 수지이다. 실질적으로 프리폴리머(prepolymer)의 조합에 근거한 복사경화 수지 시스템중에, 모노머와 광개시제(photoinitiator)가 예로써 아크릴레이트 에폭시 수지, 아크릴레이트 우레탄 및 폴레에스테르 아크릴레이트로 언급될 수 있다; 모노머는, 특히, 다가 알콜(polyhydric alcohols)의 아크릴 에스테르(acrylicesters)와 같은 다기능 아크릴 화합물이다.
본 발명에 따른 사용가능한 자정작용 라커 코팅은 경화된 상태에 기저 라커층과 상단층에 포함된 접합제나 접합제들을 포함한다. 상단층의 층 두께는 통상적으로 기저 라커층의 층 두께보다 상당히 얇다. 상단층의 층 두께는 편의상 구조형성 입자의 평균입자 직경의 1배 내지 10배의 범위이다.
본 발명은 또한 바람직한 자정작용 라커코팅의 상단층을 제조하기 위한 조성물을 제공한다 - 이러한 바람직한 라커 코팅은 상단층내에 균일하게 분포된 소수성 시약을 포함한다. 조성물은 대개 액체 상태에서 점성 상태의 농도를 가지고, 주 구성요소로서 액체 배지(liquid medium), 현탁되거나 에멀션화 되었으나 바람직하게는 액체배지에 용해된 적어도 하나의 소수성 시약 및 평균 입자직경이 100㎚ 미만, 바람직하게는 50㎚ 미만에서 약 5㎚, 선택적으로는 또한 1㎚까지의 균일하게 상기 액체배지에 현탁된 구조형성 입자를 포함한다. 소수성 시약은 자체적으로 액체 배지일 수 있거나 구성요소일 수 있으나, 상기 소수성 시약은 바람직하게는 유기 또는 유기-수용성 용매 시스템에 또는 물에 용해되거나 에멀션화/현탁된다.
조성물에 포함된 구조형성 입자는 이미 상술한 구조형성 입자이다. 상기 입자는 바람직하게 실리카(Si02), 이산화티탄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2) 및 산화주석(SnO2)으로 구성된 연속물로부터의 하나 이상의 금속 산화물이다.
바람직한 실시예에서, 조성물은 바람직하게는 1:5 에서 5:1 범위의 중량비로구조형성 입자와 소수성 시약을 포함한다. 본 발명에 따른 조성물에서 이들 구성성분의 농도와 중량비는 상단층 내부에서 균일하게 분포될 때 표면의 가능한 양호한 소수성화가 만들어지기 위한 소수성 시약의 적절성과 요망 효과에 결정적으로 따른다. 바람직한 조성물은 구조 형성입자, 특히 0.1 에서 5중량% 양의 산화물과 0.1 에서 5중량% 양의 소수성 시약을 포함한다.
조성물은 편의상 소수성 시약 또는 시약들을 용해할 수 있는 하나 이상의 유기용매와 상기 용매에 있거나 전구체 일 수 있는 접합제 또는 접합제들을 포함한다. 적절한 용매는, 예를 들면, 1 에서 4의 탄소원자를 갖는 일가 알콜(monohydirc alcohols)과 모노-, 디- 및 트리알킬렌 글리콜 모노알킬 에테르(mono-, di- and trialkylene glycol monoalkyl ethers)로서, 알킬렌 그룹은 대개 2 또는 3의 탄소원자를 포함하고 알킬 그룹은 1 에서 4의 탄소원자를 포함한다.
본 발명에 따른 조성물이 접합제가 없다면, 기저 라커층에 단단히 부착되는 내스크래치성 상단층을 얻기 위해, 조성물의 용매 시스템은 구조형성 입자가 표면에 가까이 있는 기저 라커층의 영역에 고정되고 필요한 구조를 형성할 수 있도록 기저 라커층의 접합제 시스템을 부분적으로 용해시킬 수 있는 용매를 포함하게 선택되어야만 한다. 이러한 경우, 용매의 선택은 접합제 시스템의 화학적 성질 및 기저 라커 시스템이 용매의 증발 및/또는 겔화(gelling)에 의해 부분적으로 또는 완전히 경화되는 정도에 모두 따른다. 상단층을 형성하는 접합제가 없는 조성물은 바람직하게는 아직 완전히 건조되거나, 겔이 되거나 경화되지 않은 기저 라커층에 도포된다.
상단층을 제조하기 위한 본 발명에 따른 바람직한 조성물은 부가적으로 하나 이상의 라커 접합제나 그 전구체, 뿐만 아니라 구조형성 입자, 소수성 시약 및 통상적으로 하나 이상의 용매를 포함한다. 전구체는 중첨가(polyaddition)에 대해 중합가능한(polymerizalbe) 및/또는 중축합가능한(polycondesable) 및/또는 접근가능한 화합물이다. 라커 접합제가 하나 이상의 전구체 형태로 있다면, 전구체는 통상적으로 올리고머 또는 폴리머 화합물과 경화공정 동안 올리고머 및 모노머 화합물과 반응하고 경화된 접합제를 형성하는 제 2 선택적 모노머 성분의 조합이다. 이러한 라커 접합제의 전구체의 조합은, 예를 들면, 복사경화 라커 시스템 및 2가지 성분의 분말 코팅 시스템에 존재할 수 있다. 상단층의 제조를 위한 접합제 및/또는 전구체를 포함하는 조성물은 자정작용 라커코팅의 설명에 언급된 하나 이상의 수지 시스템을 포함할 수 있다. 전문가는 한편으로는 구조형성 입자의 양호한 고정을 보장하고, 다른 한편으로는 기저 라커층에 가능한 양호한 접착을 하게 하는 접합제를 사용할 것이다. 상단층을 형성하는 조성물에 사용되는 라커 접합제 또는 전구체의 양은 폭넓은 범위로 가변될 수 있다. 조성물은 편의상 하나 이상의 라커 접합제 또는 그 전구체와 중량비가 1:50 에서 10:1, 특히 1:5 에서 5:1 범위의 구조형성 입자를 포함한다.
본 발명에 따른 조성물에 포함된 소수성 시약은 공지된 소수성 시약, 특히 플루오르 함유 소수성 시약일 수 있다. 바람직한 소수성 시약은 알킬- 및 특히, 플루오르알킬실란 및 올리고머 알킬-, 및 특히 플루오르알킬실록산이며, 각각은 구조형성 입자 및/또는 상단층의 접합제 시스템의 구성요소에 대한 화학적 결합이 형성될 수 있는 하나 이상의 반응기를 포함한다. 실란 또는 실록산은 바람직하게 각각의 그룹으로서, 에톡시 그룹(ethoxy groups)과 같은 하나 이상의 알콕시 그룹(alkoxy groups), 또는 아세톡시 그룹(acetoxy groups)과 같은 아실옥시 그룹(acyloxy)을 포함한다. 이러한 기능성 그룹은, 예를 들면, 구조형성 실리카 입자의 실라놀 그룹에 대한 화학적 결합을 형성하게 하고, 또한 에폭시 또는 폴리에스테르 수지의 기능성 그룹에 결합하게 한다. 동시에, 소수성 시약은 이들 반응기를 통해 자체-다중농축 될 수 있다. 특히 바람직하게 사용되는 실란화 시약은 트리데카플루오로옥틸트리에톡시실란(tridecafulorooctyltriethoxysilane)과 그 올리고머이다. 이러한 산물은 본 발명에 따른 조성물의 액체 배지에 용해되거나 자체적으로 그 구성요소이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 자정작용 라커코팅의 제조를 위한 방법을 제공한다. 방법은 다음 단계를 포함한다:
1. 코팅 조성물에 대한 적절한 공지된 공정에 의해 기저 라커층을 형성하는 착색 또는 착색되지 않은, 염색 또는 염색되지 않은 코팅 조성물을 갖는 기판의 코팅 단계;
2. 기저 라커층의 경화 상태에 대해 적절한 종래 코팅 방법에 의해 경화되거나, 부분적으로 경화되거나, 젤되거나 경화되지 않은 기저 라커층에 대해 상단층을 형성하는 액체 상태에서 걸쭉한 상태의 조성물의 도포 단계; 및
3. 상단층과, 필요하다면, 기저 라커층의 경화단계.
기저 라커층의 제조를 위한 종래 코팅공정은, 분말코팅 조성물이 사용되는경우에, 분말코팅공정, 예를 들면 정전기적 코팅, 닥터 블레이드(doctor blade) 등에 의한 유동층 코팅(fluidized bed coating) 또는 건조 도포(dry application)이다. 액체상태에서 걸쭉한 상태의 라커가 기저 라커층을 제조하는데 사용되면, 솔질(brushing), 침지(dipping) 및 분무와 같은 코팅 공정이 사용될 수 있다. 상단층을 형성하는 조성물은 일반적으로 액체상태에서 걸쭉한 상태의 조성물이므로, 기저 라커층이 상단층의 도포시에 아직 완전하게 경화되지 않으면 분무 또는 침지공정이 특히 적합한 공정이다. 기저 라커층이 이미 경화되었으면, 솔질공정과 공지된 프린팅 공정(printing process)과 같은 다른 공지된 라커칠 공정이 또한 사용될 수 있다.
상단층의 도포 전에, 널게 폐쇄된 층이 형성되도록 기저 라커층이 편의상 처리되고, 용매가 코팅 재료에 포함되었다면 즉시 휘발성 구성요소의 일부가 증발된다. 분말코팅 조성물이 사용되면, 이에 따라 분말 입자가 함께 흐르고 접합제가 적어도 부분적으로 겔이되는 동안, 열처리가 실제적인 코팅 공정을 후속한다. 상단층을 형성하는 조성물이 자신의 접합제를 포함하지 않고 기저 라커층의 상단 영역에 구조형성 입자가 고정되면, 조성물에 포함된 용매에 의해 기저 라커층의 접합제의 충분한 부분적 용해가 가능하다고 여겨지도록 경화 전에 또는 기저 라커층의 접합제 시스템의 경화/겔 상태에서 이 조성물을 도포하는 것이 편리하므로, 이 접합제도 또한 상단층의 접합제가 된다.
특히 바람직한 실시예에 따르면, 상단층을 형성하고 다음의 주성분을 포함하는 조성물이 도포된다: 특히 평균입자 직경이 50㎚ 미만에서 적어도 약 5㎚인 0.1에서 5중량%의 구조형성 입자; 특히 플루오르 함유 알콕시실란과 알콕시실록산으로 구성된 연속물로부터의 0.1 에서 5중량%의 소수성 시약; 물 및/또는 하나 이상의 유기용매, 특히 알콜 용매에 기초한 80 에서 99.7중량%의 액체 배지. 필요하다면, 현탁액 보조물과 흐름 보조물과 같은 종래 공정 보조물이 종래 저농도에서 작은 정도로 부가적으로 있을 수 있다.
상단층과, 기저 라커층이 아직 경화되지 않으면, 또한 기저 라커층의 경화가 열처리에 의해 바람직하게 수행된다. 이는 적어도 100℃, 특히 150 내지 280℃ 에서 편의상 수행된다. 경화 동안, 소수성 시약의 반응기와 접합제 및/또는 구조형성 입자의 반응기의 화학반응이 또한 발생된다.
본 발명의 잇점은 화학적으로 매우 다른 라커 코팅이 양호한 자정작용 라커코팅으로 변환될 수 있다는 사실에 있다. 코팅은 높은 내스크래치성을 가지고 이에 따라 기계적 스트레스가 완전히 배제될 수 없는 사용 분야에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 간단한 방식으로 제조될 수 있고 어떠한 다른 액체라커와 동일하게 적용될 수 있다. 다음의 예는 본 발명을 예시한 것이다.
실시예
알루미늄 시트(9×6㎝, 4㎜ 두께)가 슬라이드에 의한 건조도포로 폴리에스테르-에폭시 수지에 기초한 분말코팅으로 코팅되었다. 건조층 두께는 300㎛였다. 기저 라커층은 표(조건)에 나타난 조건(℃/기간)하에서 겔되거나 경화되었다.
상단층을 형성하는 조성물의 구성요소(g으로 된 데이터)가 표에 수반된다.고온 실리카(시벤토(Siventio)사의 Aerosil®)가 구조형성입자로 사용되었고, 트리데카플루오로옥틸트리에톡시실란(시벤토사의 Sylan®F8262 또는 R8263)의 알콜 용액이 소수성 시약으로 사용되었다. 구성요소는 3단 롤밀(triple roll mill)에 의해 걸쭉한 상태가 되었다. 조성물이 표에 나타난 바와 같이 적용되었다. 건조 및 경화는 200℃에서 20분간 수행되었다.
라커 코팅은 내스크래치성이 입증되었고 3°미만, 특히 1°미만의 롤오프(roll-off) 각도를 갖는 양호한 자정작용 효과를 가졌다.
표
실시예 번호 1 2 3 4 5 6 7
조건
℃ 140 140 140 140 140 140 140
분 12 16 10 10 12 10 10
조성물
Aerosil 2001) 0.25 2 2 1 1 1
Aerosil 3802) 1
Sylan F82623) 6
Sylan F82624) 48 48 40 40 45 45
에탄올 10 10
PGMME5) 0.4 3.2 3.2
Medium6) 10 10 5 5
도포 스크린 프린팅 브러시 스프레이건 스프레이건 스프레이건 스프레이건 스프레이건
롤오프각도 3° <3° 2° <2° <2° <1° <1°
1) 및 2): 각각 기본 입자직경 d = 12㎚ 및 7㎚
3) 및 4): 알콜에 있는 1% 실란용액
5)PGMME: 폴리필렌 글리콜 모노멘틸 에테르(Propylene glycol monomethylether)
6)dmc2 Degussa Metals Catalysts Cerdec AG사의 Medium은 알콜 용액 혼합물에서의 접합제로서 하이드로옥시프로필셀룰로오스(약 10%)를 포함한다.

Claims (20)

  1. 기저 라커층 및 입자로 형성된 인위적인 요철의 표면 구조를 갖는 상단 라커층을 포함하는 자정작용 라커 코팅으로서,
    상기 입자는 100㎚ 미만의 평균입자 직경을 가지고 접합제 시스템에 의해 적어도 부분적으로 상단층에 접합되며, 융기 사이의 평균높이와 평균거리가 50㎚ 미만이고 표면 또는 상단층이 적어도 부분적으로 소수성인 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조형성 입자는 평균직경이 50㎚ 미만 및 적어도 5㎚ 미만인 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구조형성 입자는 금속 산화물, 혼합 산화물, 규산염, 황산염, 인산염, 붕산염, 카본 블랙, 금속 분말, 금속 황화물, 셀레나이드, 술포셀레나이드 및 옥소술파이드, 금속 질화물 및 산화질화물과 유기 폴리머 및 안료로 구성되는 연속물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조형성 입자는 SiO2, TiO2, Al2O3, ZrO2및 SnO2로 구성되는 연속물로부터의 금속 산화물, 특히 이들의 고온으로 제조된 산화물인 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상단층은 접합제 시스템과 구조형성 입자를 1:50 에서 10:1, 특히 1:5 에서 5:1 범위의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상단층과 기저 라커층은 동일한 접합제 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면의 적어도 일부분 상에 및/또는 상단층 내에 소수성 시약, 특히 플루오르 함유 소수성 시약이 상기 상단층의 접합제 시스템의 구성요소 및/또는 구조 형성 입자의 반응기와 화학적으로 결합되고/되거나 상기 표면의 적어도 일부분 상에 및/또는 상기 상단층에 형성되는 폴리머의 형태로 고정되는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기저 라커층 및/또는 상단층은 접합제 시스템으로 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리 메탄 수지, 셀룰로오스계 수지 및 비닐 수지로 구성되는 연속물로부터의 수지에 기초한 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅.
  9. 액체 배지, 상기 액체 배지내에 용해된 적어도 하나의 소수성 시약 및 상기 액체 배지에 균일하게 현탁되어 있는 평균 입자직경이 100㎚ 미만, 특히 50㎚ 미만에서 5㎚인 구조형성 입자를 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 자정작용 라커 코팅의 상단층 제조를 위한 조성물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액체 배지는 중첨가(polyaddition)를 위해 중합가능한 및/또는 중축합가능한 및/또는 접근용이한 하나 이상의 라커 접합제 또는 접합제의 전구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅의 상단층 제조를 위한 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    SiO2, TiO2, Al2O3, ZrO2및 SnO2로 구성되는 연속물로부터의 하나 이상의 금속 산화물을 구조형성 입자로 포함하는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅의상단층 제조를 위한 조성물.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    라커 접합제 또는 그 전구체와 구조형성 입자를 1:50 에서 10:1, 특히 1:5 에서 5:1 범위의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅의 상단층 제조를 위한 조성물.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    플루오르 함유 반응성 소수성 시약, 특히 플루오르알킬-알콕시실란 또는 플루오르알킬-알콕시실록산을 포함하는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅의 상단층 제조를 위한 조성물.
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조형성 입자와 소수성 시약을 1:5 에서 5:1 범위의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅의 상단층 제조를 위한 조성물.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 유기 용매, 특히 알콜 및 에테르-알콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 자정작용 라커 코팅의 상단층 제조를 위한 조성물.
  16. 기판을 코팅 조성물에 대한 적절한 공지된 방법에 의해 기저 라커층을 형성하는 코팅 조성물을 갖는 코팅 조성물을 코팅하는 단계, 상기 기저 라커층의 경화 상태에 대한 적절한 종래 코팅 방법에 의해 경화되거나, 겔화되거나, 부분적으로 경화되거나 또는 경화되지 않은 기저 라커층에 대해 상단층을 형성하는 액체 상태에서 걸쭉한 상태의 조성물을 도포하는 단계, 및 상단층과, 필요하다면, 기저 라커층의 경화단계를 포함하며, 상기 상단층을 형성하는 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 자정작용 라커 코팅의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 상단층을 형성하는 조성물이 상기 기저 라커층을 형성하는 코팅 조성물에 함유되어 있는 적어도 부분적인 용매의 기화에 의해 적어도 부분적으로 겔화되고 또는 적어도 부분적으로 건조되고 부분적으로 경화된 기저 라커층에 도포되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 자정작용 라커 코팅의 제조 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 상단층을 형성하고,
    평균 입자직경이 50㎚ 미만 및 적어도 약 5㎚인 0.1 내지 5중량%의 구조형성 입자, 특히 산화물;
    0.1 내지 10중량%의 층형성 접합제 또는 이들에 대한 전구체 ;
    0.1 내지 5중량%의 소수성 시약, 특히 플루오르함유 알콕시실란 및 알콕시실록산으로 구성되는 연속물로부터의 소수성 시약;
    80 에서 99.7중량%의 물 및/또는 하나 이상의 유기 용매, 특히 알콜 및 에테르 알콜을 포함하는 조성물이 도포되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 자정작용 라커 코팅의 제조 방법.
  19. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 상단층을 형성하고 구조형성 입자, 소수성 시약 및 하나 이상의 유기용매를 포함하나 어떠한 접합제도 포함하지 않는 조성물이 도포되며, 상기 상단층이 상기 기저 라커층의 접합제를 포함하도록 적어도 하나의 용매가 상기 표면에서 상기 기저 라커층을 부분적으로 용해하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 자정작용 라커 코팅의 제조 방법.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상단층을 형성하는 조성물의 도포 후, 코팅이 적어도 100℃, 특히 150 에서 250℃의 열처리에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 자정작용 라커 코팅의 제조 방법.
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