KR102435526B1 - Composition for surface coating with excellent anti-icing properties - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 우수한 결빙 방지 특성을 갖는 표면 코팅용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for surface coating having excellent anti-icing properties.
도로에서 각종 원인에 의해 슬립 현상이 발생하면, 주행하던 차량이 제어되지 않아 큰 사고로 이어지며, 특히 동절기에는 도로 표면에 결빙이 발생하는 데에 따라 슬립 현상이 더욱 자주 발생하곤 한다. 또한, 결빙은 송전선로, 항공기, 태양광 패널, 풍력발전기 등의 산업 현장에서 심각한 영향을 미친다. When a slip phenomenon occurs on the road due to various causes, the driving vehicle is not controlled and it leads to a major accident. In addition, icing has a serious impact on industrial sites such as transmission lines, aircraft, solar panels, and wind power generators.
종래에는 도로의 결빙 방지를 위해, 모래를 뿌리거나 염화칼슘 등을 뿌리는 방법이 사용되었으나, 이는 염화칼슘 또는 모래를 도로에 직접 살포해야 하므로 신속한 융설 작업이 불가능하게 되며 많은 시간과 인원 장비를 필요로 하게 되며, 살포 후에 지속적으로 눈이 내리면 염화칼슘의 농도가 낮아져 결국에는 다시 결빙되는 문제점이 있으므로 이러한 방법은 눈길 또는 빙판길의 미끄럼 사고를 근본적으로 해결할 수 없었다. 마찬가지로, 결빙을 막기 위해 항공기의 이륙 전에 뜨거운 물을 분사하거나, 전기 가열 시스템으로 금속 표면의 얼음을 녹이는 시도는 도로 손상, 금속 부식, 과도한 에너지 소비 및 환경 파괴 등 심각한 단점이 존재하였다.Conventionally, to prevent freezing of the road, a method of sprinkling sand or sprinkling calcium chloride, etc. has been used. However, since calcium chloride or sand must be directly sprayed on the road, rapid snow melting work is impossible and requires a lot of time and personnel equipment. If snow continues to fall after spraying, the concentration of calcium chloride decreases and eventually freezes again. Similarly, attempts to spray hot water before takeoff of an aircraft to prevent icing or to melt ice on metal surfaces with electric heating systems have serious disadvantages, including road damage, metal corrosion, excessive energy consumption, and environmental destruction.
이를 해결하기 위해 결빙 방지 특성을 갖기 위한 초소수성 표면이 제안되었다. 그러나, 초소수성 표면을 이용한 결빙 방지 기술은 강한 힘이나 지속적인 물리적 마찰에 노출되는 표면에는 적용하기 어렵고, 얼음이 반복적으로 얼고 녹는 조건에서는 결빙 방지 특성이 급격하게 감소되어 적용하기 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 향상된 내구성을 갖는 결빙 방지 코팅막을 형성하기 위한 기술의 개발이 절실한 실정이다.To solve this problem, a superhydrophobic surface has been proposed to have anti-icing properties. However, the anti-icing technology using the superhydrophobic surface is difficult to apply to the surface exposed to strong force or continuous physical friction, and the anti-icing property is rapidly reduced under the conditions of repeated freezing and melting of ice, so it is difficult to apply. Therefore, there is an urgent need to develop a technology for forming an anti-freeze coating film having improved durability.
이에, 본 발명자들은 우수한 결빙 방지 특성 및 향상된 내구성을 갖는 표면을 발현하기 위하여, 물과 친화력이 매우 약한 실리콘실란 및 표면에너지가 매우 낮은 플루오로알킬실란을 포함하는 표면 코팅 조성물에 대해 연구하였고, 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors studied a surface coating composition comprising a silicone silane having a very weak affinity with water and a fluoroalkylsilane having a very low surface energy in order to express a surface having excellent anti-freezing properties and improved durability, invention was completed.
본 발명의 목적은 실리콘실란 및 플루오로알킬실란을 포함하여 우수한 결빙 방지 특성 및 내구성을 갖는 표면 코팅용 조성물을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a composition for surface coating having excellent anti-freezing properties and durability, including silicone silane and fluoroalkylsilane.
상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,
본 발명은 실리콘실란, 플루오로알킬실란 및 용매를 포함하는 표면 코팅용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for surface coating comprising a silicone silane, a fluoroalkyl silane and a solvent.
또한, 본 발명은 내구성이 향상된 결빙 방지 코팅막을 형성하는 형성방법으로서,In addition, the present invention is a forming method for forming an anti-freeze coating film with improved durability,
(a) 산 용액을 이용하여 금속 판을 화학적으로 에칭하는 단계;(a) chemically etching the metal plate using an acid solution;
(b) 상기 (a) 단계에서 에칭된 금속 판을 끓는 물에 침지시켜 계층적 구조 표면을 형성하는 단계; 및(b) immersing the metal plate etched in step (a) in boiling water to form a hierarchical structure surface; and
(c) 상기 (b) 단계에서 침지된 금속 판을 상기 표면 코팅용 조성물에 침지시켜 결빙 방지 코팅막을 형성하는 단계;를 포함하는 결빙 방지 코팅막 형성방법을 제공한다. (c) immersing the metal plate immersed in step (b) in the composition for surface coating to form an anti-freeze coating film; provides a method for forming an anti-freeze coating film comprising.
아울러, 본 발명은 상기 결빙 방지 코팅막 형성방법에 의해 형성된 결빙 방지 코팅막을 제공한다.In addition, the present invention provides an anti-freeze coating film formed by the method of forming the anti-freeze coating film.
본 발명은 우수한 결빙 방지 특성 및 향상된 내구성을 갖는 표면 코팅용 조성물을 제공함으로써, 반복적으로 기후 환경이 변화하는 조건에서 수 차례 얼음이 결빙, 용융하더라도 코팅이 벗겨지지 않아 우수한 결빙 방지 특성이 유지되는 효과가 있다.The present invention provides a composition for surface coating having excellent anti-icing properties and improved durability, so that the coating does not peel off even when ice is frozen and melted several times under conditions of repeatedly changing climatic environments, thereby maintaining excellent anti-freezing properties there is
도 1은 본 발명의 표면 코팅용 조성물을 이용하여 마이크로 나노구조를 갖는 초소수성 알루미늄 표면을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2a 및 2b는 화학적으로 에칭한 알루미늄판의 표면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 확인한 도이다.
도 2c 및 2d는 상기 에칭된 알루미늄판을 끓는 물 처리한 후, 상기 판의 표면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 확인한 도이다.
도 3은 CDCl3(Chloroform-d) 용매 조건 하에서 FD-PDMS6.5의 1H-NMR 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플(FD-PDMS1.4, FD-PDMS2.9, FD-PDMS4.0, FD-PDMS6.5, FD100 및 PDMS100)의 접촉각을 나타낸 도이다.
도 5는 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플(FD-PDMS1.4, FD-PDMS2.9, FD-PDMS4.0, FD-PDMS6.5, FD100 및 PDMS100)의 얼음 접착력을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플(FD-PDMS1.4, FD-PDMS2.9, FD-PDMS4.0, FD-PDMS6.5, FD100 및 PDMS100)의 결빙 지연 시간을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플(FD-PDMS1.4, FD-PDMS2.9, FD-PDMS4.0, FD-PDMS6.5, FD100 및 PDMS100)을 40회 또는 100회 결빙/용융을 반복한 후, 각 샘플의 얼음 접착력을 나타낸 그래프이다.
도 8a 및 8b는 비교예 2에서 제조된 알루미늄판 샘플(PDMS100)을 40회 결빙/용융을 반복한 후, 상기 샘플의 표면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 확인한 도이다.
도 8c 및 8d는 비교예 1에서 제조된 알루미늄판 샘플(FD100)을 100회 결빙/용융을 반복한 후, 상기 샘플의 표면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 확인한 도이다.
도 8e 및 8f는 실시예 2에서 제조된 알루미늄판 샘플(FD-PDMS2.9)을 100회 결빙/용융을 반복한 후, 상기 샘플의 표면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 확인한 도이다.1 is a diagram schematically showing a process for manufacturing a superhydrophobic aluminum surface having a micro-nano structure using the composition for surface coating of the present invention.
2a and 2b are diagrams confirming the surface of the chemically etched aluminum plate using a scanning electron microscope (SEM).
2C and 2D are views illustrating the surface of the etched aluminum plate after treatment with boiling water using a scanning electron microscope (SEM).
3 is a graph showing the results of 1 H-NMR analysis of FD-PDMS 6.5 under CDCl 3 (Chloroform-d) solvent conditions.
4 shows the contact angles of the aluminum plate samples (FD-PDMS 1.4 , FD-PDMS 2.9 , FD-PDMS 4.0 , FD-PDMS 6.5 , FD 100 and PDMS 100 ) prepared in Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 2 is the diagram shown.
5 shows the ice adhesion of the aluminum plate samples prepared in Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 2 (FD-PDMS 1.4 , FD-PDMS 2.9 , FD-PDMS 4.0 , FD-PDMS 6.5 , FD 100 and PDMS 100 ). is a graph showing
6 is an aluminum plate sample prepared in Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 2 (FD-PDMS 1.4 , FD-PDMS 2.9 , FD-PDMS 4.0 , FD-PDMS 6.5 , FD 100 and PDMS 100 ) Freezing delay of It is a graph showing time.
7 is an aluminum plate sample prepared in Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 2 (FD-PDMS 1.4 , FD-PDMS 2.9 , FD-PDMS 4.0 , FD-PDMS 6.5 , FD 100 and PDMS 100 ) 40 times Alternatively, it is a graph showing the ice adhesion of each sample after repeated freezing/melting 100 times.
8a and 8b are diagrams confirming the surface of the sample using a scanning electron microscope (SEM) after repeating the freezing / melting of the aluminum plate sample (PDMS 100 ) prepared in Comparative Example 2 40 times.
8c and 8d are diagrams confirming the surface of the sample using a scanning electron microscope (SEM) after repeating the freezing / melting of the aluminum plate sample (FD 100 ) prepared in Comparative Example 1 100 times.
8e and 8f are diagrams confirming the surface of the sample using a scanning electron microscope (SEM) after repeating freezing/melting 100 times of the aluminum plate sample (FD-PDMS 2.9 ) prepared in Example 2;
이하, 본 발명에 따른 우수한 결빙 방지 특성을 갖는 표면 코팅용 조성물에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the composition for surface coating having excellent anti-freeze properties according to the present invention will be described in detail.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
본 발명은 실리콘실란 및 플루오로알킬실란을 포함하는 표면 코팅용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for surface coating comprising a silicone silane and a fluoroalkylsilane.
상기 실리콘실란은 Si에 결합된 하나의 치환기가 폴리실록실기이고, 동시에 Si에 결합된 나머지 세 개 중 하나 이상의 치환기가 알콕시기인 화합물일 수 있다. 디메틸실록산으로 대표되는 실리콘 수지는 플로오로알킬보다 표면에너지는 높지만 물 또는 얼음과 상호작용력이 매우 낮아 결빙 방지 성능이 높다. 본 발명에서는 기재 금속 표면에 공유결합을 유도하여 내구성을 높일 목적으로 실리콘에 알콕시실란이 기능화 된 실리콘실란을 사용하였다. 예를 들어, 상기 실리콘실란은 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다:The silicon silane may be a compound in which one substituent bonded to Si is a polysiloxyl group, and at least one substituent of the remaining three bonded to Si is an alkoxy group. Silicone resin represented by dimethylsiloxane has a higher surface energy than fluoroalkyl, but has a very low interaction force with water or ice, so its anti-freezing performance is high. In the present invention, silicon silane in which alkoxysilane is functionalized in silicon is used for the purpose of increasing durability by inducing covalent bonding on the surface of the base metal. For example, the silicon silane may have a structure of Formula 1 below:
[화학식 1][Formula 1]
이때, 상기 화학식 1의 분자량은 500 내지 1000g/mol이고, 상기 R1 내지 R5은 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C4의 알킬기이고, 상기 OR은 독립적으로 C1 내지 C4의 알콕시기이며, 상기 a는 1 내지 10의 정수이다.In this case, the molecular weight of
바람직하게는, 상기 실리콘실란은 모노트리에톡시실릴에틸기 말단 폴리디메틸실록산(monotriethoxysilylethyl-terminated polydimethylsiloxane, PDMS-TES)일 수 있다. Preferably, the silicone silane may be monotriethoxysilylethyl-terminated polydimethylsiloxane (PDMS-TES).
그 외에도 모노아미노프로필기 말단 폴리디메틸실록산(monoaminopropyl-terminated polydimethylsiloxane), 모노아크릴아미도프로필기 말단 폴리디메틸실록산(monoacrylamidopropyl-terminated polydimethylsiloxane), 모노카비놀기 말단 폴리디메틸실록산(monocarbinol-terminated polydimethylsiloxane), 모노디카비놀기 말단 폴리디메틸실록산(monodicarbinol-terminated polydimethylsiloxane) 및 모노비닐기 말단 폴리디메틸실록산(monovinyl-terminated polydimethylsiloxane)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 실리콘실란을 포함할 수 있으나, 이들은 PDMS-TES와 비교하여 결빙 방지 특성이 낮거나, 코팅 내구성이 낮거나, 또는 접착력이 낮아 표면 코팅에 부적합할 수 있다.In addition, monoaminopropyl-terminated polydimethylsiloxane, monoacrylamidopropyl-terminated polydimethylsiloxane, monocarbinol-terminated polydimethylsiloxane, monodica It may contain any one or more silicone silanes selected from the group consisting of monodicarbinol-terminated polydimethylsiloxane and monovinyl-terminated polydimethylsiloxane, but they freeze compared to PDMS-TES It may be unsuitable for surface coatings due to poor protection properties, poor coating durability, or poor adhesion.
상기 표면 코팅용 조성물에 있어서, 실리콘실란은 10 내지 50 중량%의 함량으로 포함될 수 있고, 보다 좋게는 15 내지 40 중량%, 가장 좋게는 20 내지 30 중량%일 수 있다. 실리콘실란의 함량이 20 중량% 미만일 시, 코팅된 금속 표면이 물 또는 얼음과의 상호작용 에너지가 높아져 결빙 방지 특성이 저하될 수 있다. 반면, 실리콘실란의 함량이 50 중량 초과일 시에는 실리콘계 사슬의 입체장애로 인해 추가 실리콘실란이 금속 표면에 접근하는 것을 방해하고, 이로 인해 금속 표면에 코팅이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.In the composition for surface coating, the silicone silane may be included in an amount of 10 to 50% by weight, more preferably 15 to 40% by weight, and most preferably 20 to 30% by weight. When the content of silicon silane is less than 20% by weight, the interaction energy of the coated metal surface with water or ice may be increased, and thus the anti-freezing properties may be deteriorated. On the other hand, when the content of the silicon silane is more than 50 weight, the access of the additional silicon silane to the metal surface is prevented due to the steric hindrance of the silicon-based chain, which may not properly coat the metal surface.
상기 플루오로알킬실란은 Si에 결합된 하나의 치환기가 하나 이상의 수소가 플루오르(F)로 치환된 C1 내지 C21 알킬기이고, 동시에 Si에 결합된 나머지 세 개 중 하나 이상의 치환기가 알콕시기인 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 플루오로알킬실란은 하기 화학식 2의 구조를 가질 수 있다:The fluoroalkylsilane is a compound in which one substituent bonded to Si is a C 1 to C 21 alkyl group in which one or more hydrogens are substituted with fluorine (F), and at least one of the other three substituents bonded to Si is an alkoxy group. can For example, the fluoroalkylsilane may have the structure of Formula 2:
[화학식 2][Formula 2]
이때, 상기 OR은 독립적으로 C1 내지 C4의 알콕시기이며, 상기 a 및 b는 1 내지 10의 정수이다.In this case, the OR is independently a C 1 to C 4 alkoxy group, and a and b are integers of 1 to 10.
바람직하게는, 상기 플루오로알킬실란은 1H,1H,2H,2H-헵타데카플루오로데실-트리메톡시실란(1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl-triethoxysilane, FD-TMS)일 수 있다. Preferably, the fluoroalkylsilane may be 1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl-trimethoxysilane (1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl-triethoxysilane, FD-TMS).
상기 표면 코팅용 조성물에 있어서, 상기 플루오로알킬실란은 50 내지 90 중량%의 함량으로 포함될 수 있고, 보다 좋게는 60 내지 85 중량%, 가장 좋게는 70 내지 80 중량%일 수 있다. 플루오로알킬실란의 함량이 50 중량% 미만일 시에는 에칭된 금속 표면의 계층적 구조에 적용시키기 어려워 코팅이 부적합할 수 있다. 반면, 플루오로알킬실란의 함량이 90 중량% 이상인 코팅된 금속 표면의 표면 에너지가 높아져 결빙 방지 특성이 저하될 수 있다In the composition for surface coating, the fluoroalkylsilane may be included in an amount of 50 to 90% by weight, more preferably 60 to 85% by weight, and most preferably 70 to 80% by weight. When the content of the fluoroalkylsilane is less than 50% by weight, the coating may be unsuitable because it is difficult to apply to the hierarchical structure of the etched metal surface. On the other hand, the surface energy of the coated metal surface having a fluoroalkylsilane content of 90% by weight or more may be increased, so that the anti-freezing properties may be deteriorated.
또한, 상기 표면 코팅용 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다. In addition, the composition for surface coating may further include a solvent.
상기 용매는 디부틸에터(DBE, dibutylether), 톨루엔, 테트라하이드로퓨란(THF, tetrahydrofuran), n-메틸피롤리돈(NMP, n-methyl pyrolidone), 자일렌(xylene), 프로필렌 글리콜 메틸 에터 아세테이트(PGMEA, propylene glycol methyl ether acetate), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에터 아세테이트(PMA, propylene glycol monomethyl ether acetate) 및 시클로헥세인(cyclohexane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 용매는 톨루엔일 수 있다.The solvent is dibutyl ether (DBE, dibutylether), toluene, tetrahydrofuran (THF, tetrahydrofuran), n-methylpyrrolidone (NMP, n-methyl pyrolidone), xylene (xylene), propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA, propylene glycol methyl ether acetate), propylene glycol monomethyl ether acetate (PMA, propylene glycol monomethyl ether acetate), and may include any one or more selected from the group consisting of cyclohexane (cyclohexane), preferably The solvent may be toluene.
또한 본 발명은 내구성이 향상된 결빙 방지 코팅막을 형성하는 형성방법으로서,In addition, the present invention is a forming method for forming an anti-freeze coating film with improved durability,
(a) 산 용액을 이용하여 금속 판을 화학적으로 에칭하는 단계;(a) chemically etching the metal plate using an acid solution;
(b) 상기 (a) 단계에서 에칭된 금속 판을 끓는 물에 침지시켜 계층적 구조 표면을 형성하는 단계; 및(b) immersing the metal plate etched in step (a) in boiling water to form a hierarchical structure surface; and
(c) 상기 (b) 단계에서 침지된 금속 판을 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 표면 코팅용 조성물에 침지시켜 결빙 방지 코팅막을 형성하는 단계;를 포함하는 결빙 방지 코팅막 형성방법을 제공한다.(c) forming an anti-icing coating film by immersing the metal plate immersed in the step (b) in the composition for surface coating of any one of
이하, 본 발명의 결빙 방지 코팅막 형성방법을 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the method of forming the anti-freeze coating film of the present invention will be described in detail step by step.
본 발명의 결빙 방지 코팅막 형성방법에 있어서, 단계 (a)는 산 용액을 이용하여 금속 판을 화학적으로 에칭하는 단계이다.In the method for forming an anti-freeze coating film of the present invention, step (a) is a step of chemically etching the metal plate using an acid solution.
상기 산 용액은 금속 판을 화학적으로 에칭시키기 위한 산성을 갖는 어떠한 용액이든 제한되지 않으나, 바람직하게는 상기 산 용액은 HCl 용액일 수 있다.The acid solution is not limited to any solution having acidity for chemically etching the metal plate, but preferably, the acid solution may be an HCl solution.
상기 단계 (a)의 에칭 공정에 있어서, HCl 용액을 이용하여 금속 판을 20 내지 30℃에서 5 내지 20분 동안 화학적으로 에칭할 수 있다.In the etching process of step (a), the metal plate may be chemically etched at 20 to 30° C. for 5 to 20 minutes using an HCl solution.
또한, 상기 단계 (a) 이후 상기 에칭된 금속 판 위의 남아있는 산 성분을 제거하기 위해 탈이온수로 세척하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the method may include washing with deionized water to remove the acid component remaining on the etched metal plate after step (a).
본 발명의 결빙 방지 코팅막 형성방법에 있어서, 단계 (b)는 상기 (a) 단계에서 에칭된 금속 판을 끓는 물에 침지시켜 계층적 구조 표면을 형성하는 단계이다.In the method for forming an anti-freeze coating film of the present invention, step (b) is a step of immersing the metal plate etched in step (a) in boiling water to form a hierarchical structure surface.
상기 단계 (b)의 끓는 물 침지 공정에 있어서, 상기 에칭된 금속 판을 끓는 물에 20 내지 40분 동안 침지시킬 수 있다.In the boiling water immersion process of step (b), the etched metal plate may be immersed in boiling water for 20 to 40 minutes.
또한, 상기 단계 (b) 이후 계층적 구조 표면이 형성된 금속 판을 110 내지 150℃에서 1 내지 4시간 동안 건조하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, after the step (b), the step of drying the metal plate on which the hierarchical structure surface is formed at 110 to 150° C. for 1 to 4 hours may be included.
본 발명의 결빙 방지 코팅막 형성방법에 있어서, 단계 (c)는 상기 (b) 단계에서 침지된 금속 판을 상기 표면 코팅용 조성물에 침지시켜 결빙 방지 코팅막을 형성하는 단계이다. In the method for forming an anti-freeze coating film of the present invention, step (c) is a step of immersing the metal plate immersed in the step (b) in the composition for surface coating to form an anti-freeze coating film.
상기 단계 (c)의 표면 코팅 조성물 침지 공정에 있어서, 상기 금속 판을 20 내지 30℃에서 1 내지 4시간 동안 침지시킨 후, 톨루엔으로 세척할 수 있다.In the surface coating composition immersion process of step (c), the metal plate may be immersed at 20 to 30° C. for 1 to 4 hours, and then washed with toluene.
또한, 상기 단계 (c) 이후 표면 코팅용 조성물에 침지된 금속 판을 120 내지 180℃에서 12 내지 20시간 동안 건조하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, it may include drying the metal plate immersed in the composition for surface coating after step (c) at 120 to 180° C. for 12 to 20 hours.
또한, 본 발명은 상기 결빙 방지 코팅막 형성방법에 의해 형성된 결빙 방지 코팅막을 제공한다.In addition, the present invention provides an anti-freeze coating film formed by the method of forming the anti-freeze coating film.
상기 코팅막은 폴리실록산실릴기 및 플루오로알킬실릴기를 포함할 수 있다.The coating layer may include a polysiloxane silyl group and a fluoroalkylsilyl group.
상기 폴리실록산실릴기는 상기 표면 코팅용 조성물에 포함된 실리콘실란 화합물과 에칭된 금속 판 표면 사이의 공유결합에 의해 고정된 것일 수 있고, 실리콘실란이 10 내지 50 중량%의 함량으로 포함된 표면 코팅용 조성물을 이용하여 코팅할 경우, 폴리실록산실릴기를 1 내지 10 중량%의 함량으로 포함하는 결빙 방지 코팅막을 형성할 수 있다. The polysiloxane silyl group may be fixed by a covalent bond between the silicon silane compound included in the composition for surface coating and the etched surface of the metal plate, and the composition for surface coating containing silicon silane in an amount of 10 to 50 wt% In the case of coating using a polysiloxane silyl group in an amount of 1 to 10% by weight, it is possible to form an anti-freeze coating film.
상기 폴리실록산실릴기는 폴리디메틸실록산실릴(PDMS-Si)기일 수 있다. The polysiloxanesilyl group may be a polydimethylsiloxanesilyl (PDMS-Si) group.
상기 플루오로알킬실릴기는 상기 표면 코팅용 조성물에 포함된 플루오로알킬실란와 에칭된 금속 판 표면 사이의 공유결합에 의해 고정된 것일 수 있고, 플루오로알킬실란이 50 내지 90 중량%의 함량으로 포함된 표면 코팅용 조성물을 이용하여 코팅할 경우, 플루오로알킬실릴기를 90 내지 99 중량%의 함량으로 포함하는 결빙 방지 코팅막을 형성할 수 있다.The fluoroalkylsilyl group may be fixed by a covalent bond between the fluoroalkylsilane included in the composition for surface coating and the etched metal plate surface, and the fluoroalkylsilane is included in an amount of 50 to 90% by weight. In the case of coating using a composition for surface coating, an anti-freezing coating film including a fluoroalkylsilyl group in an amount of 90 to 99% by weight may be formed.
상기 플루오로알킬실릴기는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실실릴(FD-Si)기일 수 있다.The fluoroalkylsilyl group may be a 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecylsilyl (FD-Si) group.
이하, 제조예, 실시예 및 실험예를 통해 본 발명에 따른 우수한 결빙 방지 특성을 갖는 표면 코팅용 조성물에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 제조예, 실시예 및 실험예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the composition for surface coating having excellent anti-freeze properties according to the present invention through Preparation Examples, Examples and Experimental Examples will be described in more detail. However, the following Preparation Examples, Examples and Experimental Examples are merely references for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 제조예, 실시예 및 실험예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein is for the purpose of effectively describing specific preparations, examples, and experimental examples only, and is not intended to limit the present invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight %.
<제조예 1><Production Example 1>
초소수성 표면을 갖는 알루미늄판을 제조하기 위해, 도 1에 개시된 방법을 이용하였다. 구체적으로, 먼저 50mm × 50mm × 0.8mm 크기의 정사각형 조각으로 절단한 알루미늄판을 아세톤과 에탄올로 차례로 초음파 세척하여 그리스 및 기타 오염 물질을 제거하였다. 그 다음, 상기 알루미늄판을 25℃에서 10분 동안 HCl(2.5M) 용액에서 화학적으로 에칭한 후, 잔류 산을 제거하기 위해 탈이온수로 헹구었다(도 2a 및 2b). To prepare an aluminum plate having a superhydrophobic surface, the method disclosed in FIG. 1 was used. Specifically, first, an aluminum plate cut into a square piece having a size of 50 mm × 50 mm × 0.8 mm was ultrasonically cleaned with acetone and ethanol sequentially to remove grease and other contaminants. Then, the aluminum plate was chemically etched in HCl (2.5M) solution at 25° C. for 10 minutes, followed by rinsing with deionized water to remove residual acid ( FIGS. 2A and 2B ).
다음으로, 상기 에칭된 알루미늄판을 끓는 물에 30분 동안 담그고 120℃에서 2시간 동안 건조하여 계층적 마이크로/나노구조 표면을 갖는 알루미늄판을 제조하였다(도 2c 및 2d).Next, the etched aluminum plate was immersed in boiling water for 30 minutes and dried at 120° C. for 2 hours to prepare an aluminum plate having a hierarchical micro/nanostructure surface ( FIGS. 2C and 2D ).
<실시예 1><Example 1>
먼저, 1 중량%의 톨루엔 용액에 1H,1H,2H,2H-헵타데카플루오로데실-트리메톡시실란(1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl-triethoxysilane, FD-TMS) 및 모노트리에톡시실릴에틸기 말단 폴리디메틸실록산(monotriethoxysilylethyl-terminated polydimethylsiloxane, PDMS-TES)를 90 : 10 중량비로 혼합하여 코팅액을 제조하였다. 그 후, 상기 제조예 1에 기재된 방법으로 제조된 알루미늄판을 상기 코팅액에 25℃에서 2시간 동안 침지시킨 후, 톨루엔으로 세척하였다. First, 1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl-trimethoxysilane (1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl-triethoxysilane, FD-TMS) and monotriethoxysilyl in 1 wt% toluene solution A coating solution was prepared by mixing ethyl group-terminated polydimethylsiloxane (monotriethoxysilylethyl-terminated polydimethylsiloxane, PDMS-TES) in a weight ratio of 90:10. Thereafter, the aluminum plate prepared by the method described in Preparation Example 1 was immersed in the coating solution at 25° C. for 2 hours, and then washed with toluene.
그 다음, 코팅된 기판을 150℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하여 최종적으로 초소수성 표면을 갖는 알루미늄판을 제조하였다. Then, the coated substrate was dried in an oven at 150° C. for 15 hours to finally prepare an aluminum plate having a superhydrophobic surface.
1H NMR 분석을 통해 상기 제조된 알루미늄판의 표면에 고정된 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실실릴기(FD-Si) 및 폴리디메틸실록산실릴기(PDMS-Si)의 중량비를 확인한 결과, FD-Si : PDMS-Si이 98.6 : 1.4 중량비로 코팅된 것을 확인하였다. 따라서, 실시예 1에 의해 제조된 알루미늄판 샘플을 FD-PDMS1.4로 명명하였다.Results of confirming the weight ratio of 1H,1H,2H,2H-perfluorodecylsilyl group (FD-Si) and polydimethylsiloxanesilyl group (PDMS-Si) fixed to the surface of the prepared aluminum plate through 1H NMR analysis , FD-Si: It was confirmed that PDMS-Si was coated at a weight ratio of 98.6: 1.4. Therefore, the aluminum plate sample prepared in Example 1 was named FD-PDMS 1.4 .
<실시예 2><Example 2>
톨루엔 용액에 FD-TMS 및 PDMS 함량을 80 : 20 중량비로 혼합한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다. All processes were carried out in the same manner as in Example 1 except that the FD-TMS and PDMS contents were mixed in a toluene solution in a weight ratio of 80:20.
1H NMR 분석을 통해 상기 제조된 알루미늄판의 표면에 고정된 FD-Si 및 PDMS-Si의 중량비를 확인한 결과, FD-Si : PDMS-Si이 97.1 : 2.9 중량비로 코팅된 것을 확인하였다. 따라서, 실시예 2에 의해 제조된 알루미늄판 샘플을 FD-PDMS2.9로 명명하였다.As a result of confirming the weight ratio of FD-Si and PDMS-Si fixed to the surface of the prepared aluminum plate through 1H NMR analysis, it was confirmed that FD-Si:PDMS-Si was coated at a weight ratio of 97.1:2.9. Therefore, the aluminum plate sample prepared in Example 2 was named FD-PDMS 2.9 .
<실시예 3><Example 3>
톨루엔 용액에 FD-TMS 및 PDMS 함량을 70 : 30 중량비로 혼합한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다. All processes were performed in the same manner as in Example 1, except that the FD-TMS and PDMS contents were mixed in a toluene solution at a weight ratio of 70:30.
1H NMR 분석을 통해 상기 제조된 알루미늄판의 표면에 고정된 FD-Si 및 PDMS-Si의 중량비를 확인한 결과, FD-Si : PDMS-Si이 96.0 : 4.0 중량비로 코팅된 것을 확인하였다. 따라서, 실시예 3에 의해 제조된 알루미늄판 샘플을 FD-PDMS4.0으로 명명하였다.As a result of confirming the weight ratio of FD-Si and PDMS-Si fixed to the surface of the prepared aluminum plate through 1H NMR analysis, it was confirmed that FD-Si:PDMS-Si was coated at a weight ratio of 96.0:4.0. Therefore, the aluminum plate sample prepared in Example 3 was named FD-PDMS 4.0 .
<실시예 4><Example 4>
톨루엔 용액에 FD-TMS 및 PDMS 함량을 50 : 50 중량비로 혼합한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다. All processes were performed in the same manner as in Example 1, except that the FD-TMS and PDMS contents were mixed in a toluene solution at a weight ratio of 50:50.
1H NMR 분석을 통해 상기 제조된 알루미늄판의 표면에 고정된 FD-Si 및 PDMS-Si의 중량비를 확인한 결과, FD-Si : PDMS-Si이 93.5 : 6.5 중량비로 코팅된 것을 확인하였다(도 3). 따라서, 실시예 4에 의해 제조된 알루미늄판 샘플을 FD-PDMS6.5로 명명하였다.As a result of confirming the weight ratio of FD-Si and PDMS-Si fixed to the surface of the prepared aluminum plate through 1H NMR analysis, it was confirmed that FD-Si:PDMS-Si was coated at a weight ratio of 93.5:6.5 ( FIG. 3 ). . Therefore, the aluminum plate sample prepared in Example 4 was named FD-PDMS 6.5 .
<비교예 1><Comparative Example 1>
톨루엔 용액에 FD-TMS 함량을 100 중량%로 혼합한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였고, 상기 공정에 의해 제조된 알루미늄판 샘플을 FD100으로 명명하였다.All processes were carried out in the same manner as in Example 1 except for mixing the FD-TMS content in the toluene solution at 100% by weight, and the aluminum plate sample prepared by the process was named FD 100 .
<비교예 2><Comparative Example 2>
상기 제조예 1에 기재된 방법으로 제조된 알루미늄판을 PDMS-TES이 100 중량%로 혼합된 톨루엔 용액에 60℃에서 2시간 동안 침지시킨 후, 톨루엔으로 세척하였다. 그 다음, 코팅된 기판을 150℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하여 최종적으로 초소수성 표면을 갖는 알루미늄판을 제조하였다. 상기 공정에 의해 제조된 알루미늄판 샘플을 PDMS100으로 명명하였다.The aluminum plate prepared by the method described in Preparation Example 1 was immersed in a toluene solution in which PDMS-TES was mixed at 100% by weight at 60° C. for 2 hours, and then washed with toluene. Then, the coated substrate was dried in an oven at 150° C. for 15 hours to finally prepare an aluminum plate having a superhydrophobic surface. The aluminum plate sample prepared by the above process was named PDMS 100 .
<실험예 1> 코팅량 비교<Experimental Example 1> Coating amount comparison
결빙방지제의 코팅량에 따라 금속 표면의 젖음성(Wettability)에 영향을 줄 수 있으므로, 상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플의 표면 코팅량을 비교하였다. 구체적으로, 마이크로밸런스(microbalance)를 이용하여 상기 알루미늄판 샘플의 코팅하기 전과 후의 중량차를 측정하였고, 단위면적당 코팅된 물질의 총 중량을 확인하였다.Since the amount of coating of the anti-freeze agent may affect the wettability of the metal surface, the surface coating amounts of the aluminum plate samples prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were compared. Specifically, the difference in weight before and after coating the aluminum plate sample was measured using a microbalance, and the total weight of the coated material per unit area was confirmed.
실험 결과, 알루미늄판 샘플의 표면에 고정된 PDMS의 함량이 높을수록 상기 샘플 표면에 코팅된 코팅액의 양이 감소하는 것을 확인하였다(표 2). 즉, 코팅액에 PDMS-TES의 함량이 높을수록 TES기의 낮은 반응성과 PDMS 사슬의 길이로 인해 입체 장애가 높아지고, 코팅액과 샘플 표면과의 반응성이 낮아져 코팅 밀도가 감소한다는 것을 확인하였다. As a result of the experiment, it was confirmed that as the content of PDMS fixed on the surface of the aluminum plate sample increased, the amount of the coating solution coated on the sample surface decreased (Table 2). That is, it was confirmed that the higher the content of PDMS-TES in the coating solution, the higher the steric hindrance due to the low reactivity of the TES group and the length of the PDMS chain, and the lower the reactivity between the coating solution and the sample surface, the coating density decreased.
<실험예 2> 접촉각(contact angle, CA) 및 전락각(sliding angle, SA) 비교<Experimental Example 2> Comparison of contact angle (CA) and sliding angle (SA)
본 발명의 코팅용 조성물을 처리한 표면의 초소수성 및 젖음성을 확인하기 위해, 상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플의 표면의 접촉각(contact angle, CA) 및 전락각(sliding angle, SA)을 측정하였다. 구체적으로, 접촉각은 ASTM D 5946-2009 표준 시험법에 따라 측정하였다. 접촉각의 측정을 위해 8㎕의 탈이온수를 25℃에서 코팅된 표면에 Sessile drop 방법을 통해 떨어뜨리고, 5분 이내에 측정하였다. 전락각은 코팅된 알루미늄판을 기울여 액적이 표면에서 굴러 떨어질 때의 경사각을 측정하였다. 접촉각 및 전락각의 값은 각 표면의 5개 지점에서 수행된 5회의 측정 값을 평균 내어 계산하였다.In order to confirm the superhydrophobicity and wettability of the surface treated with the coating composition of the present invention, the contact angle (CA) and sliding of the surface of the aluminum plate samples prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 The sliding angle (SA) was measured. Specifically, the contact angle was measured according to ASTM D 5946-2009 standard test method. For the measurement of the contact angle, 8 μl of deionized water was dropped on the coated surface at 25° C. through the sessile drop method, and the measurement was performed within 5 minutes. The sliding angle was measured when the droplet rolls off the surface by tilting the coated aluminum plate. The values of the contact angle and the sliding angle were calculated by averaging the values of 5 measurements performed at 5 points on each surface.
실험 결과, 실시예 1 내지 4에서 제조된 알루미늄판 샘플의 표면은 각각 175±2.0°, 176±2.0°, 176±2.5° 및 174±1.5°의 접촉각을 가져 비교예 2에서 제조된 알루미늄판 샘플(165±0.5°)과 비교하여 우수한 초소수성을 갖는 것을 확인하였다(표 3 및 도 4). 또한, 실시예 1 내지 4에서 제조된 알루미늄판 샘플의 전락각은 각각 1.4±0.3°, 1.4±0.2°, 1.8±0.2° 및 1.8±0.3°으로, 비교예 2에서 제조된 알루미늄판 샘플(5.2±1.2°) 대비 낮은 각도에서 액적이 굴러떨어지는 것을 확인함으로써, 우수한 초소수성을 갖는 것을 확인하였다.As a result of the experiment, the surfaces of the aluminum plate samples prepared in Examples 1 to 4 had contact angles of 175±2.0°, 176±2.0°, 176±2.5° and 174±1.5°, respectively, and the aluminum plate sample prepared in Comparative Example 2 (165±0.5°) was confirmed to have excellent superhydrophobicity (Table 3 and FIG. 4). In addition, the sliding angles of the aluminum plate samples prepared in Examples 1 to 4 were 1.4±0.3°, 1.4±0.2°, 1.8±0.2° and 1.8±0.3°, respectively, and the aluminum plate samples prepared in Comparative Example 2 (5.2 By confirming that the droplet rolls down at a low angle compared to ±1.2°), it was confirmed that it has excellent superhydrophobicity.
<실험예 3> 얼음 접착력 비교<Experimental Example 3> Ice adhesion comparison
본 발명의 코팅용 조성물을 처리한 표면의 결빙 방지 특성을 확인하기 위해, 상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플의 표면별 얼음 접착력을 측정하였다. 먼저 폴리스티렌 폼 도어가 있는 냉장고를 준비하였고, 기기의 내부 온도는 -20.5℃, 상대 습도(RH)는 47.5%, 65% 또는 75%로 설정하였다. 상대 습도는 가습기를 이용하여 수증기 공급량을 조절하여 유지하였다. 냉장고 안에 바닥이 없는 셀(10mm × 10mm × 30mm)을 상기 알루미늄판 샘플 표면 위에 놓고 1mL의 탈이온수를 채운 후, 3시간 동안 완전히 동결시켰다. 그 후, 상기 표면과 얼음 기둥 사이의 부착 강도를 측정하기 위해 힘 변환기(Imada, model ZP, 11)를 사용하여 부착된 얼음 기둥에 수직으로 힘을 가하여 측정하였다.표면 위에서 얼음 기둥이 분리될 때의 최대 힘을 얼음 접착 강도로 변환하기 위해 τ = F/A 방정식을 사용하여 계산하였다(τ = 얼음 접착 강도, F = 임계력, A = 얼음-표면의 접촉 면적).In order to confirm the anti-freezing properties of the surface treated with the coating composition of the present invention, the ice adhesion strength of each surface of the aluminum plate samples prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was measured. First, a refrigerator with a polystyrene foam door was prepared, and the internal temperature of the device was set at -20.5°C, and the relative humidity (RH) was set to 47.5%, 65%, or 75%. Relative humidity was maintained by controlling the amount of water vapor supplied using a humidifier. A bottomless cell (10 mm × 10 mm × 30 mm) in a refrigerator was placed on the surface of the aluminum plate sample, filled with 1 mL of deionized water, and then completely frozen for 3 hours. Then, to measure the adhesion strength between the surface and the ice column, a force was applied perpendicularly to the attached ice column using a force transducer (Imada, model ZP, 11). When the ice column detached from the surface was calculated using the equation τ = F/A to convert the maximum force of
실험 결과, 본 발명의 표면 코팅용 조성물을 이용하여 금속을 코팅한 경우, 상대적으로 약한 얼음 접착력을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 75%의 상대 습도 조건에서, 실시예 1 내지 4에서 제조된 알루미늄판 샘플은 각각 75.7, 25.3, 70.4 및 103.5 kPa의 얼음 접착력 값을 나타낸 반면, 동일한 조건에서 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플은 각각 141.3 및 255.6 kPa의 얼음 접착력 값을 나타냈다(도 5). 이는, 본 발명의 표면 코팅용 조성물을 이용하여 금속을 코팅했을 때, 결빙 방지 특성이 매우 우수하다는 것을 의미한다. As a result of the experiment, it was confirmed that, when the metal was coated using the composition for surface coating of the present invention, it had relatively weak ice adhesion. At a relative humidity of 75%, the aluminum plate samples prepared in Examples 1 to 4 showed ice adhesion values of 75.7, 25.3, 70.4, and 103.5 kPa, respectively, while the aluminum plates prepared in Comparative Examples 1 and 2 under the same conditions. The samples exhibited ice adhesion values of 141.3 and 255.6 kPa, respectively (Fig. 5). This means that when the metal is coated using the composition for surface coating of the present invention, the anti-freeze property is very excellent.
<실험예 4> 결빙 지연 시간 비교<Experimental Example 4> Comparison of freezing delay time
본 발명의 코팅용 조성물을 처리한 표면의 결빙 방지 특성을 확인하기 위해, 상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플의 표면 상에서의 결빙 지연 시간을 측정하였다. 구체적으로, 상기 샘플의 표면을 절단하고 시차주사열량계(DSC)에 삽입하였다. 그 후, 탈이온수 5㎕를 표면에 떨어뜨린 다음 0℃에서 3분 동안 유지하여 표면 온도가 DSC 냉각 단계에서 설정된 온도와 동일하도록 하였다. 그 다음, 10℃/분의 냉각 속도로 온도를 0에서 -18℃까지 연속적으로 낮추고 얼음이 완전히 얼 때까지 -18℃에서 유지하였다. 결빙 지연 시간은 물방울이 표면에 접촉한 후(0℃에서) 결빙이 시작될 때까지의 시간으로 정의하여 측정하였다.In order to confirm the anti-freezing properties of the surface treated with the coating composition of the present invention, the freezing delay time on the surface of the aluminum plate samples prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was measured. Specifically, the surface of the sample was cut and inserted into a differential scanning calorimeter (DSC). Thereafter, 5 μl of deionized water was dropped on the surface and maintained at 0° C. for 3 minutes so that the surface temperature was the same as the temperature set in the DSC cooling step. Then, the temperature was continuously lowered from 0 to -18°C at a cooling rate of 10°C/min and maintained at -18°C until the ice was completely frozen. The freezing delay time was measured by defining the time from when the water droplet came into contact with the surface (at 0° C.) until the start of freezing.
실험 결과, 본 발명의 표면 코팅용 조성물을 이용하여 금속을 코팅한 경우, 표면의 얼음 형성 시간이 상당히 지연되는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플의 경우, 표면에 얼음이 형성되는 시간이 각각 71.5 및 18.8분이 소요된 반면, 실시예 2 내지 4에서 제조된 알루미늄판 샘플의 경우, 각각 152.8, 204.5 및 170분이 소요되는 것으로 측정되었다(도 6). 이는, 본 발명의 표면 코팅용 조성물은 기판 표면 상에 얼음이 형성되는 것을 억제하고, 매우 우수한 결빙 방지 특성을 갖는 것을 의미한다. As a result of the experiment, it was confirmed that when the metal was coated using the composition for surface coating of the present invention, the ice formation time on the surface was significantly delayed. For the aluminum plate samples prepared in Comparative Examples 1 and 2, it took 71.5 and 18.8 minutes for ice to form on the surface, respectively, whereas for the aluminum plate samples prepared in Examples 2 to 4, 152.8, 204.5 and It was measured to take 170 minutes (FIG. 6). This means that the composition for surface coating of the present invention suppresses the formation of ice on the surface of the substrate and has very good anti-freeze properties.
<실험예 5> 결빙/용융 사이클 후 얼음 접착력 비교<Experimental Example 5> Comparison of ice adhesion after freezing/melting cycle
본 발명의 코팅용 조성물을 처리한 표면의 내구성을 확인하기 위해, 상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 알루미늄판 샘플을 반복적으로 결빙 및 용융 처리한 후 표면 상의 얼음 접착력을 측정하였다. 구체적으로, 상기 실험예 3에서 사용된 냉장고에 120W 전구를 부착하여 고온/저온 사이클 환경을 조성하였다. 냉장고 안에 바닥이 없는 셀(10mm × 10mm × 30mm)을 상기 알루미늄판 샘플 표면 위에 놓고 1mL의 탈이온수를 채운 후, 물 기둥을 -25℃에서 90분 동안 결빙(RH = 35%)시킨 다음 120W 전구를 사용하여 15분 동안 가열하여 얼음을 용융시켰다(T = 35℃, RH = 5%). 상대 습도(RH)는 동결 시 35%로 조절된 다음 온도가 35℃에 도달한 후 5%로 감소하였다. 상기 결빙 및 용융 공정을 1 사이클로 정의하였다. 상기 합급 판 샘플을 40회 및 100회 결빙/용융을 반복한 후, 상기 실험예 3에서 사용된 힘 변환기를 이용하여 얼음 접착 강도를 측정하여 샘플의 내구성을 측정하였다.In order to confirm the durability of the surface treated with the coating composition of the present invention, the aluminum plate samples prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were repeatedly frozen and melted, and then ice adhesion on the surface was measured. did. Specifically, a high-temperature/low-temperature cycle environment was created by attaching a 120W light bulb to the refrigerator used in Experimental Example 3. A bottomless cell (10 mm × 10 mm × 30 mm) in a refrigerator was placed on the surface of the aluminum plate sample, filled with 1 mL of deionized water, and the column of water was frozen (RH = 35%) at -25 ° C for 90 minutes (RH = 35%) and then a 120 W bulb was heated for 15 minutes to melt the ice (T = 35 °C, RH = 5%). Relative humidity (RH) was adjusted to 35% upon freezing and then decreased to 5% after the temperature reached 35°C. The freezing and melting process was defined as 1 cycle. After the alloy plate sample was frozen/melted 40 times and 100 times, the ice adhesion strength was measured using the force transducer used in Experimental Example 3 to measure the durability of the sample.
실험 결과, 본 발명의 표면 코팅용 조성물을 이용하여 금속을 코팅한 경우, 코팅된 표면의 내구성이 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다. 47.5%의 상대 습도 조건 하에서 비교예 1에서 제조된 알루미늄판 샘플은 40회 및 100회 결빙/용융을 반복한 후 45.8 및 118.1 kPa의 얼음 접착력을 갖는 것을 확인하였고, 비교예 2의 경우 결빙/용융 사이클 동안 물의 응축/팽창으로 인해 심각하게 손상된 것을 확인하였다(도 8a 내지 8d). 반면, 47.5%의 상대 습도 조건 하에서 실시예 1의 샘플의 경우 40회 및 100회 결빙/용융을 반복한 후 각각 32.5 및 86.9 kPa의 얼음 접착력을 나타내었고, 실시예 2의 샘플은 40회 및 100회 결빙/용융을 반복한 후 각각 26.3 및 47.2 kPa의 얼음 접착력을 나타내는 것을 확인하였다(도 8e, 8f 및 9). 또한, 실시예 3의 샘플의 경우 40회 및 100회 결빙/용융을 반복한 후 각각 47.7 및 93.6 kPa의 값을 나타내었다. 이는 본 발명의 표면 코팅용 조성물을 이용하여 금속을 코팅했을 때, 반복적으로 변화하는 환경 조건에서도 우수한 결빙 방지 특성을 유지할 수 있음을 의미한다. As a result of the experiment, when the metal was coated using the composition for surface coating of the present invention, it was confirmed that the durability of the coated surface was very excellent. It was confirmed that the aluminum plate sample prepared in Comparative Example 1 under a relative humidity condition of 47.5% had ice adhesion of 45.8 and 118.1 kPa after repeating freezing/
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 제조예, 실시예 및 실험예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.Although the present invention has been described through the specific matters and limited preparation examples, examples and experimental examples as described above, these are only provided to help the overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples. , various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 제조예, 실시예 및 실험예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described manufacturing examples, examples and experimental examples, and all of the claims described below, as well as equivalent or equivalent modifications to the claims, are of the spirit of the present invention. would be said to belong to the category.
Claims (12)
[화학식 1]
(이때, 상기 화학식 1의 분자량은 500 내지 1000g/mol이고, 상기 R1 내지 R5은 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C4의 알킬기이고, 상기 OR은 독립적으로 C1 내지 C4의 알콕시기이며, 상기 a는 1 내지 10의 정수이다.)
A composition for surface coating comprising a silicone silane and a fluoroalkyl silane represented by the following formula (1):
[Formula 1]
(In this case, the molecular weight of Formula 1 is 500 to 1000 g/mol, R 1 to R 5 are independently hydrogen or a C 1 to C 4 alkyl group, and OR is independently a C 1 to C 4 alkoxy group, , wherein a is an integer from 1 to 10.)
상기 실리콘실란은 모노트리에톡시실릴에틸기 말단 폴리디메틸실록산(monotriethoxysilylethyl-terminated polydimethylsiloxane, PDMS-TES)인 것을 특징으로 하는, 표면 코팅용 조성물.
According to claim 1,
The silicone silane is monotriethoxysilylethyl-terminated polydimethylsiloxane (PDMS-TES), a composition for surface coating.
상기 플루오로알킬실란은 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는, 표면 코팅용 조성물:
[화학식 2]
(이때, 상기 OR은 독립적으로 C1 내지 C4의 알콕시기이며, 상기 a 및 b는 1 내지 10의 정수이다.)
According to claim 1,
The fluoroalkylsilane is a composition for surface coating, characterized in that represented by the following formula 2:
[Formula 2]
(In this case, the OR is independently a C 1 to C 4 alkoxy group, and a and b are integers of 1 to 10.)
상기 플루오로알킬실란은 1H,1H,2H,2H-헵타데카플루오로데실-트리메톡시실란(1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl-triethoxysilane, FD-TMS)인 것을 특징으로 하는, 표면 코팅용 조성물.
5. The method of claim 4,
The fluoroalkylsilane is 1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl-trimethoxysilane (1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl-triethoxysilane, FD-TMS) for surface coating, characterized in that it is composition.
상기 표면 코팅용 조성물은, 실리콘실란 10 ~ 50 중량%; 및 플루오로알킬실란 50 ~ 90 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 코팅용 조성물.
According to claim 1,
The composition for the surface coating, silicone silane 10 to 50% by weight; And fluoroalkylsilane 50 to 90% by weight; characterized in that it comprises a, surface coating composition.
(a) 산 용액을 이용하여 금속 판을 화학적으로 에칭하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 에칭된 금속 판을 끓는 물에 침지시켜 계층적 구조 표면을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 침지된 금속 판을 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 표면 코팅용 조성물에 침지시켜 결빙 방지 코팅막을 형성하는 단계;를 포함하는 결빙 방지 코팅막 형성방법.
A method of forming an anti-freeze coating film with improved durability, the method comprising:
(a) chemically etching the metal plate using an acid solution;
(b) immersing the metal plate etched in step (a) in boiling water to form a hierarchical structure surface; and
(c) forming an anti-icing coating film by immersing the metal plate immersed in the step (b) in the composition for surface coating of any one of claims 1 and 3 to 6; Formation method.
An anti-freeze coating film formed by the method of forming an anti-freeze coating film of claim 7.
상기 코팅막은 폴리실록산실릴기 및 플루오로알킬실릴기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지 코팅막.
9. The method of claim 8,
The coating film is characterized in that it comprises a polysiloxane silyl group and a fluoroalkylsilyl group, anti-freeze coating film.
상기 폴리실록산실릴기는 폴리디메틸실록산실릴(PDMS-Si)기인 것을 특징으로 하는, 결빙 방지 코팅막.
10. The method of claim 9,
The polysiloxane silyl group is a polydimethylsiloxane silyl (PDMS-Si) group, characterized in that the anti-freeze coating film.
상기 플루오로알킬실릴기는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실실릴(FD-Si)기인 것을 특징으로 하는, 결빙 방지 코팅막.
10. The method of claim 9,
The fluoroalkylsilyl group is a 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecylsilyl (FD-Si) group, characterized in that the anti-freeze coating film.
상기 폴리실록산실릴기 1 ~ 10 중량% 및 플루오로알킬실릴기 90 ~ 99 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지 코팅막.10. The method of claim 9,
The anti-freeze coating film, characterized in that it comprises 1 to 10% by weight of the polysiloxanesilyl group and 90 to 99% by weight of the fluoroalkylsilyl group.
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