KR101657832B1 - Coated steel sheet using block polymer and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1당량체, 사슬 이동제(chain-transfer agent) 및 개시제를 가역적 부가-쪼개짐 사슬 이동(reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT) 중합 반응시켜 중합체를 제조하는 단계; 상기 중합체에 제 2단량체 및 개시제를 공급하여 블록공중합체를 제조하는 단계; 및 강판의 적어도 일면에 상기 블록공중합체를 포함하는 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 블록공중합체를 이용한 코팅 강판 제조방법을 제공하여, 단순한 제조 공정과 낮은 운영 비용으로 자기조립 패턴을 가진 스마트 코팅 강판을 제조할 수 있다.The present invention relates to a process for preparing a polymer by carrying out a reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization reaction of a first adduct, a chain transfer agent and an initiator. Supplying a second monomer and an initiator to the polymer to prepare a block copolymer; And coating a composition including the block copolymer on at least one surface of the steel sheet to form a coating layer. The method includes the steps of: preparing a coated steel sheet using a block copolymer; A smart coated steel sheet having the above properties can be produced.
Description
본 발명은 블록공중합체를 이용한 코팅 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a coated steel sheet using a block copolymer and a method for producing the same.
블록 공중합체는 2가지 이상의 고분자 블록이 공유결합으로 서로 연결되어 있는 구조로 이원공중합체(diblock copolymer), 삼원공중합체(triblock copolymer) 등이 있다. 2가지 이상의 서로 다른 성질의 블록이 화학적으로 연결되어 있기 때문에 일정 온도와 압력에서 상 분리를 하고, 나노 크기의 도메인(microphase)을 형성한다.
A block copolymer is a structure in which two or more polymer blocks are covalently linked to each other, and includes a diblock copolymer, a triblock copolymer, and the like. Because two or more blocks of different nature are chemically linked, phase separation occurs at a constant temperature and pressure, forming a nano-sized domain (microphase).
이때 형성되는 도메인의 모양과 크기는 구성 성분간의 부피분율(f), 분자량(N) 및 상호인력계수(Flory-Huggins interaction parameter (χ)) 등에 따라 달라진다. 또한, 도메인 형성 시 여러 가지 다양한 외부 조건(온도, 용매, 증발속도, 상대습도, 기판의 특성 등)을 조절하면, 약 10∼100 nm의 크기를 갖는 구(sphere), 실린더(cylinder), 자이로이드(gyroid) 및 라멜라(lamellae) 등을 포함하는 다양한 구조가 형성된다.
The shape and size of the domain formed at this time depends on the volume fraction (f), the molecular weight (N), and the mutual attraction coefficient (Flory-Huggins interaction parameter (χ)) among the constituents. In addition, when various external conditions (temperature, solvent, evaporation rate, relative humidity, substrate characteristics, etc.) are controlled during the formation of the domains, spheres, cylinders, A variety of structures including a gyroid and a lamellae are formed.
최근 우수한 표면 실링, 항균성, 내지문 및 셀프클리닝 등의 기본적인 보호 코팅의 기능 이외에 또 다른 기능성이 부여된 스마트 코팅 강판에 대한 관심이 높아지고 있다. 이를 제조하기 위해 나노입자 및 유무기 복합소재 등의 새로운 코팅 소재가 연구되고 있다.
In recent years, besides the functions of basic protective coatings such as excellent surface sealing, antimicrobial, fingerprint and self-cleaning, there is a growing interest in smart-coated steel sheets with other functions. New coating materials such as nanoparticles and organic / inorganic composites have been studied to prepare these materials.
포토리소그래피 방법은 나노미터 스케일의 미세 패턴을 제작할 수 있으나, 기술의 특성상 빛의 분산, 광원의 제한 등과 같은 근본적인 제약이 있으며, 공정이 복잡하고 공정 운영 비용이 높다. 이를 극복하기 위한 대안으로서 자기조립특성을 보이는 물질들의 사용이 대두되고 있다.
Photolithography can produce nanometer-scale fine patterns, but due to the nature of the technology, there are fundamental limitations such as dispersion of light and limitation of light source, and the process is complicated and the process operation cost is high. As an alternative to overcome this problem, the use of materials exhibiting self-assembly properties is emerging.
기존의 나노 패턴을 제조하는 방법의 문제점을 해결하기 위하여, 자기조립특성을 가지고 있는 블록공중합체를 이용하여 코팅 강판을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
In order to solve the problems of the conventional method of manufacturing a nano-pattern, a method of manufacturing a coated steel sheet using a block copolymer having self-assembling properties is provided.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1당량체, 사슬 이동제(chain-transfer agent) 및 개시제를 가역적 부가-쪼개짐 사슬 이동(reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT) 중합 반응시켜 중합체를 제조하는 단계; 상기 중합체에 제 2단량체 및 개시제를 공급하여 블록공중합체를 제조하는 단계; 및 강판의 적어도 일면에 상기 블록공중합체를 포함하는 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 블록공중합체를 이용한 코팅 강판 제조방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a process for producing a polymer by reversibly addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization of a first donor, a chain transfer agent and an initiator. Supplying a second monomer and an initiator to the polymer to prepare a block copolymer; And coating a composition comprising the block copolymer on at least one surface of the steel sheet to form a coating layer.
상기 코팅층을 어닐링하여 블록공중합체의 자기조립 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.And annealing the coating layer to form a self-assembled pattern of the block copolymer.
상기 어닐링은 포화된 용매 증기로 수행될 수 있다.The annealing may be performed with a saturated solvent vapor.
상기 용매는 톨루엔, 아세톤, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The solvent may be at least one selected from toluene, acetone, benzene, ethanol, n-butanol, n-heptanol and isopropane.
상기 어닐링은 50 내지 300℃의 온도에서 수행될 수 있다.The annealing may be performed at a temperature of 50 to 300 캜.
상기 중합체를 제조하는 단계에서, 상기 사슬 이동제 및 상기 개시제의 함량 비율은 1: 0.01 내지 0.5일 수 있다.In the step of producing the polymer, the content ratio of the chain transfer agent and the initiator may be from 1: 0.01 to 0.5.
상기 개시제는 산소, 히드로퍼옥사이드, 퍼에스테르, 퍼카르보네이트, 퍼옥사이드, 퍼술페이트 및 아조계 개시제에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The initiator may be at least one selected from oxygen, hydroperoxides, peresters, percarbonates, peroxides, persulfates, and azo based initiators.
제 1 단량체는 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsioxane, PDMS)이고, 제 2 단량체는 N-바이닐카바졸(N-vinylcarbazole, NVC)며, 사슬 이동제는 RAFT 시약일 수 있다.The first monomer may be polydimethylsioxane (PDMS), the second monomer may be N-vinylcarbazole (NVC), and the chain transfer agent may be a RAFT reagent.
제 1 단량체는 N-바이닐카바졸이고, 제 2단량체는 폴리다이메틸실록세인이며, 사슬 이동제는 전환-RATF(switch-RATF) 시약일 수 있다.The first monomer is N-vinylcarbazole, the second monomer is polydimethylsiloxane, and the chain transfer agent may be a switch-RATF reagent.
상기 조성물은 블록 공중합체 0.5 내지 2 중량% 및 잔부 용매를 포함할 수 있다.The composition may comprise from 0.5 to 2% by weight of the block copolymer and the remainder of the solvent.
상기 코팅층은 두께가 0.1 내지 10 ㎛으로 제어될 수 있다.The coating layer may be controlled to have a thickness of 0.1 to 10 mu m.
상기 코팅은 스핀 코팅법으로 수행되며, 스핀 속도가 1000 내지 3000 rpm일 수 있다.
The coating is performed by a spin coating method, and the spin rate may be 1000 to 3000 rpm.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 강판; 및 상기 강판의 적어도 일면에 형성된 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 블록공중합체를 포함하는 블록공중합체를 이용한 코팅 강판을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, And a coating layer formed on at least one surface of the steel sheet, wherein the coating layer provides a coated steel sheet using a block copolymer comprising a block copolymer.
상기 블록공중합체는 폴리다이메틸실록세인 블록 및 폴리N-바이닐카바졸 블록을 포함할 수 있다.The block copolymer may comprise a polydimethylsiloxane block and a poly N-vinylcarbazole block.
상기 폴리다이메틸실록세인 블록 및 폴리N-바이닐카바졸 블록의 ?량 비율은 1: 0.1 내지 2.0일 수 있다.The weight ratio of the polydimethylsiloxane block and the poly N-vinylcarbazole block may be 1: 0.1 to 2.0.
상기 블록공중합체는 수평균 분자량이 500 내지 30,000일 수 있다.The block copolymer may have a number average molecular weight of 500 to 30,000.
상기 블록공중합체는 구, 실린더, 자이로이드 또는 라멜라 구조를 가질 수 있다.The block copolymer may have a spherical, cylinder, gyroid or lamellar structure.
상기 코팅층은 두께가 0.1 내지 10㎛일 수 있다.
The coating layer may have a thickness of 0.1 to 10 mu m.
본 발명은 블록공중합체를 이용한 코팅 강판을 제조하는 방법을 제공하여, 단순한 제조 공정과 낮은 운영 비용으로 자기조립 패턴을 가진 스마트 코팅 강판을 제조할 수 있다.
The present invention provides a method for producing a coated steel sheet using a block copolymer, and can produce a smart coated steel sheet having a self-assembled pattern with a simple manufacturing process and a low operating cost.
도 1은 RAFT 중합 메커니즘에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명에 이용되는 블록공중합체를 합성하는 반응의 모식도이다.
도 3은 실시예1 강판의 접촉각 실험을 촬영한 사진이다.
도 4는 실시예2 강판의 접촉각 실험을 촬영한 사진이다.
도 5는 비교예1 강판의 접촉각 실험을 촬영한 사진이다.
도 6은 비교예2 강판의 접촉각 실험을 촬영한 사진이다.Figure 1 is a schematic diagram of the RAFT polymerization mechanism.
2 is a schematic view of a reaction for synthesizing the block copolymer used in the present invention.
Fig. 3 is a photograph of the contact angle experiment of the steel sheet of Example 1; Fig.
Fig. 4 is a photograph of the contact angle experiment of the steel sheet of Example 2; Fig.
5 is a photograph of the contact angle experiment of the steel sheet of Comparative Example 1. Fig.
6 is a photograph of the contact angle experiment of the steel sheet of Comparative Example 2;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
블록 공중합체는 강판 코팅에 사용되는 고분자와는 달리 공유결합으로 연결된 두 개 또는 그 이상의 서로 다른 고분자로 구성되어 있기 때문에, 고분자 블렌드 또는 필름에서 나노 크기의 상분리 현상을 관찰할 수 있다. 또한, 리빙 라디칼 중합법에 의한 분자량의 제어로 인해 규칙적 패턴을 얻을 수 있다. 이러한 규칙적 패턴은 접착 향상, 광학 특성 제어, 리소그래피 및 표면 성질 제어 등 다양한 용도에 활용이 가능하나, 강판 코팅에 적용된 예는 극히 제한적이다.
Since the block copolymer is composed of two or more different polymers connected by covalent bonds unlike the polymer used in the steel sheet coating, nano-sized phase separation phenomenon can be observed in the polymer blend or film. Further, a regular pattern can be obtained by controlling the molecular weight by the living radical polymerization method. These regular patterns can be used for various applications such as adhesion improvement, optical property control, lithography and surface property control, but examples applied to steel sheet coating are extremely limited.
본 연구에서는 낮은 표면 에너지를 가지는 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsioxane, PDMS) 블록과 전도성의 특성을 가지는 N-바이닐카바졸(N-vinylcarbazole, NVC) 블록의 블록공중합체를 합성하고, 이에 대한 패턴 연구를 진행하였다.
In this study, we have synthesized block copolymers of polydimethylsioxane (PDMS) block with low surface energy and N-vinylcarbazole (NVC) block with conductivity property. Respectively.
이하, 본 발명 코팅 강판의 제조 방법을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the method for producing the coated steel sheet of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1당량체, 사슬 이동제(chain-transfer agent) 및 개시제를 가역적 부가-쪼개짐 사슬 이동(reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT) 중합 반응시켜 중합체를 제조하는 단계; 상기 중합체에 제 2단량체 및 개시제를 공급하여 블록공중합체를 제조하는 단계; 및 강판의 적어도 일면에 상기 블록공중합체를 포함하는 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 블록공중합체를 이용한 코팅 강판 제조방법을 제공한다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a process for producing a polymer by reversibly addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization of a first donor, a chain transfer agent and an initiator. Supplying a second monomer and an initiator to the polymer to prepare a block copolymer; And coating a composition comprising the block copolymer on at least one surface of the steel sheet to form a coating layer.
코팅 강판에 적용되는 블록공중합체는 가역적 부가-쪼개짐 사슬 이동(reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT) 중합 반응에 의해 제조되며, 이는 리빙 라디칼 중합법 중 하나에 해당한다. 상기 RAFT 중합 반응은 분자량의 크기를 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있으며, RAFT 중합 시 요구되는 RAFT agent 및 단량체의 종류는 블록공중합체의 합성을 위해서 매우 중요한 요소이다.
The block copolymer to be applied to the coated steel sheet is prepared by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, which is one of the living radical polymerization methods. The RAFT polymerization reaction has an advantage that the molecular weight can be kept constant, and RAFT agents and monomers required for RAFT polymerization are very important factors for the synthesis of block copolymers.
도 1은 RAFT 중합 반응 메커니즘에 대한 모식도를 나타낸 것으로, 개시제(I)로부터 생성된 라디칼(Iㆍ)은 반응기 내의 제 1단량체(M)를 공격하여 단량체 또는 올리고머 라디칼(Pnㆍ)이 생성되고, 이러한 라디칼은 사슬 이동제와 가역적인 사슬이동 반응을 하게 된다. 이때 R(leaving roup)은 쉽게 떨어져 나아가, 새로운 개시 반응이 진행되고, 생성된 올리고머 라디칼은 부가(addition) 및 쪼개짐(fragmentation) 반응의 반복을 통해 고분자로 성장해 나갈 수 있다.1 shows a schematic diagram of a RAFT polymerization reaction mechanism in which a radical (I) generated from an initiator (I) attacks a first monomer (M) in a reactor to generate a monomer or an oligomer radical (Pn) These radicals undergo a reversible chain transfer reaction with the chain transfer agent. At this time, R (leaving roup) easily falls off, a new initiation reaction proceeds, and the resulting oligomer radical can grow as a polymer by repeating addition and fragmentation reactions.
한편, Z 그룹은 C=S의 그룹의 반응성에 영향을 미쳐 라디칼이 부가 및 쪼개지는 속도를 좌우한다. R 그룹은 라디칼 형태로 쪼개지는데, R 그룹 라디칼의 타 단량체에 대한 개시(re-initiation) 속도는 기존의 라디칼의 개시 속도와 상응(comparable)하는 것이 바람직하다. 따라서, Z 그룹과 R 그룹을 포함하는 사슬 이동제는 반응의 속도를 좌우하는 요소이므로, 사슬 이동제의 종류에 대한 선택이 매우 중요하다.
On the other hand, the Z group affects the reactivity of a group of C = S, which determines the rate at which the radicals are added and cleaved. The R group is cleaved in the form of radicals, and the re-initiation rate of the R group radicals to other monomers is preferably comparable to the initiation rate of existing radicals. Therefore, the chain transfer agent including the Z group and the R group is a factor that determines the speed of the reaction, so that selection of the type of chain transfer agent is very important.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 단량체는 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsioxane, PDMS)이고, 제 2 단량체는 N-바이닐카바졸(N-vinylcarbazole, NVC)며, 사슬 이동제는 RAFT 시약인 것이 바람직하다. 도 2는 블록공중합체 합성 반응의 모식도로, PDMS와 RAFT 시약이 먼저 반응하여 PDMS-RAFT 시약을 제조한 후, NVC와 반응하여 블록공중합체가 제조될 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, the first monomer is polydimethylsioxane (PDMS), the second monomer is N-vinylcarbazole (NVC), and the chain transfer agent is RAFT reagent desirable. FIG. 2 is a schematic view of a synthesis reaction of a block copolymer. PDMS and RAFT reagents react first to prepare a PDMS-RAFT reagent, and then react with NVC to prepare a block copolymer.
또한, 제 1 단량체는 N-바이닐카바졸이고, 제 2단량체는 폴리다이메틸실록세인이며, 사슬 이동제는 전환-RATF(switch-RATF) 시약일 수 있다.
Also, the first monomer may be N-vinylcarbazole, the second monomer may be polydimethylsiloxane, and the chain transfer agent may be a switch-RATF reagent.
한편, 상기 개시제는 이로서 한정하는 것은 아니나, 산소, 히드로퍼옥사이드, 퍼에스테르, 퍼카르보네이트, 퍼옥사이드, 퍼술페이트 및 아조계 개시제에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
On the other hand, the initiator is preferably at least one selected from the group consisting of oxygen, hydroperoxide, perester, percarbonate, peroxide, persulfate, and azo based initiator, though it is not limited thereto.
상술한 단량체, 개시제 및 RATF 시약에 의해 제조된 블록공중합체는 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsioxane, PDMS) 블록 및 폴리N-바이닐카바졸(N-vinylcarbazole, NVC) 블록을 포함하는 블록공중합체인 것으로, 낮은 표면 에너지를 가지는 PDMS 블록과 전도성의 특성을 NVC 블록의 블록공중합체를 합성한 것에 해당한다.
The block copolymer prepared by the above-mentioned monomers, initiator and RATF reagent is a block copolymer comprising polydimethylsioxane (PDMS) block and poly-N-vinylcarbazole (NVC) block, The PDMS block with low surface energy and the conductive property correspond to the synthesis of block copolymer of NVC block.
RAFT 중합을 통해 제조된 블록공중합체는 분자량 및 조성에 대한 제어가 중요하며, 이는 블록을 이루는 단량체의 종류 및 블록의 길이의 비율에 의해 결정될 수 있다. 특히, 사슬 이동제 및 개시제의 함량 비율은 블록의 길이에 영향을 주므로 상기 비율을 제어하는 것이 바람직하다.
The control of the molecular weight and composition of the block copolymer prepared through RAFT polymerization is important, and it can be determined by the ratio of the type of the monomer forming the block and the length of the block. Particularly, it is preferable to control the ratio since the content ratio of the chain transfer agent and the initiator affects the length of the block.
상기 사슬 이동제 및 상기 개시제의 함량 비율은 1: 0.01 내지 0.5인 것이 바람직하며, 개시제의 함량이 사슬 이동제의 함량의 0.01배 미만이면 개시제의 함량이 너무 적어 개시 반응이 어렵고 개시 반응이 일어나기까지 반응시간이 오래 걸리며, 0.5배 초과하면 개시제 함량이 너무 많아 라디칼 형태로 잔류하여 물성을 떨어뜨릴 수 있다.
The content of the chain transfer agent and the initiator is preferably 1: 0.01 to 0.5, and if the content of the initiator is less than 0.01 times the content of the chain transfer agent, the content of the initiator is too small to initiate the reaction, If it exceeds 0.5 times, the content of the initiator becomes too much to remain in a radical form, which may deteriorate the physical properties.
한편, 상기 블록공중합체는 수평균 분자량이 500 내지 30,000인 것이 바람직하며, 상기 수평균 분자량이 500 미만이면 블록공중합체가 코팅층을 제대로 다 덮을 수 없어 물성이 발현되기 어렵고 자기조립층을 충분히 형성할 수 없으며, 30,000 이상이면 반응 속도가 느려 자기조립층을 형성할 수 없으며 자기조립층 형성을 쉽게 컨트롤할 수 없다.On the other hand, it is preferable that the block copolymer has a number average molecular weight of 500 to 30,000, and if the number average molecular weight is less than 500, the block copolymer can not cover the coating layer properly so that physical properties are difficult to develop and a self- If it is 30,000 or more, the reaction rate is slow and the self-assembled layer can not be formed and the formation of the self-assembled layer can not be easily controlled.
RAFT 중합 반응에 의해 제조된 블록공중합체는 강판을 코팅하는 코팅 조성물에 포함될 수 있으며, 상기 조성물은 아세톤으로 세척한 강판의 적어도 일면에 코팅되어 코팅층을 형성할 수 있다.
The block copolymer prepared by the RAFT polymerization reaction may be included in a coating composition coating the steel sheet, and the composition may be coated on at least one surface of the steel sheet washed with acetone to form a coating layer.
상기 조성물은 블록 공중합체 0.5 내지 2 중량% 및 잔부 용매를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 블록 공중합체의 함량이 0.5 중량% 미만이면 기판 위에서 균일한 자기조립층을 형성할 수 없으며, 2 중량% 초과하면 유동성을 갖는 고분자 자기조립층을 형성할 수 없다.
If the content of the block copolymer is less than 0.5% by weight, a homogeneous self-assembled layer can not be formed on the substrate and more than 2% by weight of the block copolymer can be formed. The polymer self-assembled layer having fluidity can not be formed.
한편, 상기 코팅층은 두께가 0.1 내지 10㎛으로 제어되는 것이 바람직하며, 상기 두께가 0.1㎛ 미만이면 코팅층이 너무 얇아 강판 표면에서 자기조립층의 특성을 제대로 발현할 수 없으며 내식성을 위한 배리어막이 될 수 없고, 10㎛ 초과하면 코팅층이 너무 두꺼워 자기조립막이 균일하게 형성될 수 없으며 자기조립막이 후막일 경우 그 특성을 원활하게 발현하기 어렵다.
On the other hand, if the thickness is less than 0.1 탆, the coating layer is too thin, which can not properly manifest the characteristics of the self-assembled layer on the surface of the steel sheet and can be a barrier film for corrosion resistance If the thickness is more than 10 탆, the coating layer is too thick to form the self-assembled film uniformly. If the self-assembled film is a thick film, it is difficult to smoothly express the characteristics.
블록 공중합체를 포함하는 조성물을 강판의 상부에 코팅할 때, 코팅하는 방법은 이로 한정하는 것은 아니지만, 스핀 코팅법으로 수행될 수 있다. 스핀 코팅법은 박막 증착 방법 중 가장 간단한 방법에 속하며, 다른 박막 제조 장치(예, PLD, Sputtering, CVD)와 달리 고가의 챔버(chamber)와 진공펌프(vacuum pump)등의 장비가 필요하지 않아 간편하게 구성할 수 있다. 또한, 점성을 가지고 있는 용액 상태의 물질은 모두 증착이 가능하며 복잡한 삼성분계 이상의 화합물도 원하는 조성으로 증착할 수 있는 장점이 있다.
When the composition including the block copolymer is coated on the steel sheet, the coating method is not limited thereto, but may be performed by a spin coating method. Spin coating is one of the simplest methods of thin film deposition. Unlike other thin film manufacturing systems (eg, PLD, Sputtering, and CVD), expensive chambers and vacuum pumps are not required. Can be configured. In addition, it is possible to deposit all of the viscous solution in the solution state, and it is also advantageous to deposit a compound having a complex ternary system more than the desired composition.
스핀 코팅 시 스핀 속도는 1000 내지 3000 rpm인 것이 바람직하며, 스핀 속도가 1000 rpm 미만이면 코팅층이 너무 두껍게 생성될 우려가 있으며, 3000 rpm 초과하면 균일한 코팅층을 형성하기 어렵다.
If the spin speed is less than 1000 rpm, the coating layer may be too thick. If the spin speed is more than 3000 rpm, it is difficult to form a uniform coating layer.
강판에 도포된 블록공중합체의 미세상들은 특정 방향으로 다향한 배향들을 나타내며, 블록공중합체의 미세상을 자기조립 패턴 제조에 활용하려면 특정 방향으로 미세상들을 배향 할 수 있는 기술이 필연적으로 확보되는 것이 바람직하다.
The micro-worlds of the block copolymers coated on the steel sheet represent orientations that are oriented in a specific direction. In order to utilize the micro-world of the block copolymer in the manufacture of the self-assembled pattern, a technology capable of orienting the micro- .
블록공중합체를 포함하는 코팅층을 어닐링(annealing)하는 방법을 통해, 블록공중합체를 구성하는 고분자의 사슬들(chains)이 충분한 유동성(mobility)을 갖게 되면서 미세상 분리 현상이 쉽게 일어나 자기조립 패턴을 형성할 수 있다.
Through the annealing of the coating layer containing the block copolymer, chains of the polymer constituting the block copolymer have sufficient mobility, so that the separation of the micro-world easily occurs, .
자기조립 패턴의 형성은 어닐링 챔버를 이용하여 일정 시간 동안 온도를 변화시키며 어닐링 과정을 수행할 수 있다. 상기 챔버 안에 코팅 처리한 기판과 용매를 넣어 적절한 온도, 포화 용매 농도 분위기에서 진행할 수 있다.
The formation of the self-assembled pattern can be performed by changing the temperature for a predetermined time using an annealing chamber. The coated substrate and the solvent may be put in the chamber and the reaction may proceed at a suitable temperature and a saturated solvent concentration atmosphere.
특히, 상기 어닐링이 포화된 용매 증기로 수행되는 경우, 블록공중합체의 미세상 구조를 유도하고 미세상의 방향성을 조절하는 것에 매우 효과적이다. 따라서, 용매 증발속도 및 블록공중합체에 대한 용매의 선택성은 블록공중합체의 미세상을 조절하는 주요 요소에 해당한다.
Particularly, when the annealing is carried out with a saturated solvent vapor, it is very effective in inducing the micro-world structure of the block copolymer and regulating the direction of the micro-world. Thus, the rate of solvent evaporation and the selectivity of the solvent to the block copolymer are the major factors controlling the microcrystallization of the block copolymer.
따라서, 상기 용매는 이에 한정하는 것은 아니나, 톨루엔, 아세톤, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하며, 어닐링 시 온도 범위는 50 내지 300℃인 것이 바람직하다. 온도가 50℃ 미만이면 충분한 어닐링이 일어나지 못해 자기조립 패턴이 제대로 형성될 수 없으며, 300℃ 초과하면 어닐링이 너무 과하게 진행되어 자기조립 패턴의 유동성이 저하될 수 있다.
Therefore, the solvent is not particularly limited, but is preferably at least one selected from the group consisting of toluene, acetone, benzene, ethanol, n-butanol, n-heptanol and isopropane, Do. If the temperature is lower than 50 캜, sufficient annealing does not occur and the self-assembled pattern can not be formed properly. If the temperature exceeds 300 캜, the annealing proceeds too much and the fluidity of the self-assembled pattern may deteriorate.
상기 용매 증기를 이용하면 준안정한(metastable) 상태의 미세상 구조를 얻을 수 있으며, 특히, 용매가 증발되는 방향은 항상 수직이므로 필름 표면에서부터 용매가 증발하고 용매 농도의 기울기가 생기는데, 이러한 성질을 이용하면 수직으로 정렬된 실린더 구조를 얻을 수 있고, 용매 증발속도에 의해 수평으로 정렬된 실린더도 얻을 수 있다. 한편, 이러한 방법은 기질에 상관없이 모두 적용할 수 있는 장점이 있으며, 용매 증기를 이용하는 방법 외에도 전기장, 전단력 또는 표면 성질 등의 변화를 통해 패턴을 제작할 수도 있다.
By using the solvent vapor, a metastable state micro-structure can be obtained. In particular, since the direction in which the solvent is evaporated is always vertical, the solvent evaporates from the surface of the film and a slope of the solvent concentration is generated. A vertically aligned cylinder structure can be obtained, and a horizontally aligned cylinder can also be obtained by the solvent evaporation speed. On the other hand, this method has an advantage that it can be applied regardless of the substrate, and besides the method using the solvent vapor, the pattern can be produced by changing electric field, shear force, or surface property.
이하, 본 발명의 코팅 강판은 상기 강판 제조 방법에 의해 제조된 것으로 간략히 설명한다.
Hereinafter, the coated steel sheet of the present invention will be briefly described as being produced by the steel sheet producing method.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 강판; 및 상기 강판의 적어도 일면에 형성된 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 블록공중합체를 포함하는 블록공중합체를 이용한 코팅 강판을 제공한다.
According to another embodiment of the present invention, And a coating layer formed on at least one surface of the steel sheet, wherein the coating layer provides a coated steel sheet using a block copolymer comprising a block copolymer.
상기 블록공중합체는 폴리다이메틸실록세인 블록 및 폴리N-바이닐카바졸 블록을 포함하는 것일 수 있으며, 특히, 상기 폴리다이메틸실록세인 블록 및 폴리N-바이닐카바졸 블록의 함량 비율은 1: 0.1 내지 2.0일 수 있다.
The block copolymer may comprise a polydimethylsiloxane block and a poly N-vinylcarbazole block, and in particular, the content ratio of the polydimethylsiloxane block and the poly N-vinylcarbazole block may be 1: 0.1 To 2.0.
상기 블록공중합체는 수평균 분자량이 500 내지 30,000일 수 있으며, 구, 실린더, 자이로이드 또는 라멜라 구조를 가지는 것일 수 있다. The block copolymer may have a number average molecular weight of 500 to 30,000 and may have a spherical, cylinder, gyroid or lamellar structure.
상기 코팅층은 두께가 0.1 내지 10㎛인 것이 바람직하다. The thickness of the coating layer is preferably 0.1 to 10 mu m.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of specific examples. The following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example
1. One.
블록공중합체Block copolymer
제조 Produce
합성예 1Synthesis Example 1
둥근플라스크에 디클로로메탄 100 mL 및 DMAP 0.183 g을 투입하고 20분간 질소 퍼지했다. 반응기에 추가로 디클로로메탄 40 mL, PDMS-OH 4.67 g, DCC 0.619 g 및 HOOC-RAFT 0.474 g을 넣고, 40℃에서 24시간 반응시켰다. 반응 후, 1일간 냉장고에서 냉각시킨 후 고형물을 걸러내고, 회전 증발기를 이용하여 남아있는 드클로로메탄을 제거했다. 이 후 미반응 RAFT-COOH, DCC 및 DMAP를 제거하기 위해 과량의 메탄올로 세척하고, 건조한 후 투명하고 노란색의 물질을 얻었다.
100 mL of dichloromethane and 0.183 g of DMAP were charged into a round flask and purged with nitrogen for 20 minutes. 40 mL of dichloromethane, 4.67 g of PDMS-OH, 0.619 g of DCC and 0.474 g of HOOC-RAFT were added to the reactor and reacted at 40 DEG C for 24 hours. After the reaction, the reaction product was cooled in a refrigerator for one day, and the solid matter was filtered out, and the remaining dechloromethane was removed using a rotary evaporator. This was followed by washing with excess methanol to remove unreacted RAFT-COOH, DCC and DMAP and drying to give a clear yellow material.
슈랭크 플라스크에 상기 노란색 물질, NVC 및 AIBN 개시제를 공급하여 RAFT 중합을 수행하였다. RAFT agent를 혼합한 후, 질소 퍼징을 20분 동안 해주고, 이 혼합물을 60-70℃에서 30시간 동안 유지한다. 상기 반응기에서 침전되는 물질은 블록공중합체에 해당함을 확인했다.The yellow material, NVC and AIBN initiator were fed to a Schrange flask to perform RAFT polymerization. After mixing the RAFT agent, nitrogen purge is applied for 20 minutes and the mixture is maintained at 60-70 ° C for 30 hours. It was confirmed that the substance precipitated in the reactor corresponds to a block copolymer.
합성예 2Synthesis Example 2
NVC 단량체 1000 mg, AIBN 4.0 mg 및 switch-RAFT 9.3 mg을 다이옥산 2.5 mL에 녹인 후, 이를 둥근 플라스크에 넣었다. 질소 퍼지를 한 후, 60℃에서 20시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각시킨 후, 헥산에 침전시켜 침전물을 수득하였다.
1000 mg of NVC monomer, 4.0 mg of AIBN and 9.3 mg of switch-RAFT were dissolved in 2.5 mL of dioxane, which was then placed in a round flask. After purging with nitrogen, reaction was carried out at 60 DEG C for 20 hours. When the reaction was completed, the reaction mixture was cooled to room temperature and then precipitated in hexane to obtain a precipitate.
상기 침전물 300 mg, 아크릴릭 에시드 0.736 mL 및 2-3 방울의 농축 염산을 다이옥세인 3 mL 에 녹인 후 이를 25 mL의 둥근 플라스크에 옮겼다. 상온에서 2시간 반응 후, 다시 37℃에서 2시간 반응시켰다. 반응이 끝나면, 상온으로 냉각시키고, 여기에 염화나트륨 수용액 (0.5 M)을 천천히 투입시킨 후, 다시 묽은 황산 수용액을 넣었다. 이때 생성된 침전물은 필터로 거른 후, 물로 세척시켜, 블록공중합체를 제조했다.
300 mg of the precipitate, 0.736 mL of acrylic acid and 2-3 drops of concentrated hydrochloric acid were dissolved in 3 mL of dioxane, which was then transferred to a 25 mL round flask. After 2 hours of reaction at room temperature, the reaction was continued at 37 ° C for 2 hours. When the reaction was completed, the reaction mixture was cooled to room temperature, slowly added with an aqueous sodium chloride solution (0.5 M), and then diluted sulfuric acid aqueous solution was added. The resulting precipitate was filtered and then washed with water to prepare a block copolymer.
2. 2. 블록공중합체를Block copolymer 이용한 강판 제조 Manufacture of steel sheet
제조된 블록공중합체를 정수에 공급하여 코팅 용액을 제조하였으며, 블록공중합체 및 정수의 함량은 하기 표 1에 기재된 바와 같다. 강판의 일면에 상기 코팅 용액을 스핀 코팅법으로 코팅하였으며, 스핀 속도는 2000 rpm으로 제한하였다.
The prepared block copolymer was supplied to water to prepare a coating solution. The content of the block copolymer and purified water was as shown in Table 1 below. The coating solution was coated on one side of the steel sheet by spin coating, and the spin rate was limited to 2000 rpm.
코팅층이 형성된 강판을 어닐링 챔버에 아세톤과 함께 투입한 후, 어닐링 챔버의 온도를 100℃로 제어하고, 코팅층의 자기조립 패턴을 확인하였다. 그 후 코팅된 강에 물방울을 떨어뜨려 접촉각 실험을 하여, 친수성 또는 소수성 특성을 확인하였다. 접촉각이 90˚이상, 50˚이하의 범위에 해당하면, 친수성 또는 소수성 특성을 나타내는 강판에 해당한다.
The steel sheet on which the coating layer was formed was put into the annealing chamber together with acetone, and then the temperature of the annealing chamber was controlled to 100 캜 to confirm the self-assembly pattern of the coating layer. Then, water droplets were dropped on the coated steel, and contact angle experiments were performed to confirm hydrophilic or hydrophobic characteristics. When the contact angle is in the range of 90 degrees or more and 50 degrees or less, it corresponds to a steel sheet exhibiting hydrophilic or hydrophobic properties.
비교예 1 및 비교예 2는 상기 코팅 용액을 처리하지 않는 용융도금강판(GI) 및 전기도금강판(EG)으로, 도 5및 6는 비교예1 및 2의 접촉각 실험을 촬영한 사진에 해당한다. 비교예 1 및 2는 접촉각이 69˚ 및 53˚로 친수성 또는 소수성의 특성을 나타내지 않음을 확인했다.
Comparative Example 1 and Comparative Example 2 correspond to a hot-dip galvanized steel sheet (GI) and an electroplated steel sheet (EG) not treated with the coating solution, and FIGS. 5 and 6 correspond to photographs of contact angle experiments of Comparative Examples 1 and 2 . In Comparative Examples 1 and 2, it was confirmed that the contact angle was 69 ° and 53 °, indicating no hydrophilic property or hydrophobic property.
반면, 실시예 1 및 2는 블록공중합체로 코팅된 강판으로, 도 3 및 4는 실시예1 및 2의 접촉각 실험을 촬영한 사진에 해당한다. 실시예 1의 접촉각은 106˚이고, 실시예 2의 접촉각은 48˚이므로, 블록공중합체로 코팅된 강판은 친수성 또는 소수성의 특성을 나타냄을 확인했다.
On the other hand, Examples 1 and 2 correspond to a steel plate coated with a block copolymer, and Figs. 3 and 4 correspond to photographs of contact angle experiments of Examples 1 and 2. Since the contact angle of Example 1 was 106 deg. And the contact angle of Example 2 was 48 deg., It was confirmed that the steel sheet coated with the block copolymer exhibited hydrophilicity or hydrophobicity.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.
Claims (18)
상기 중합체에 제 2단량체 및 개시제를 공급하여 블록공중합체를 제조하는 단계; 및
강판의 적어도 일면에 상기 블록공중합체를 포함하는 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 블록공중합체는 폴리다이메틸실록세인 블록 및 폴리N-바이닐카바졸 블록을 포함하는, 블록공중합체를 이용한 코팅 강판 제조방법.
Preparing a polymer by a reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization reaction of a first donor, a chain transfer agent and an initiator;
Supplying a second monomer and an initiator to the polymer to prepare a block copolymer; And
And coating a composition comprising the block copolymer on at least one side of the steel sheet to form a coating layer,
Wherein the block copolymer comprises a polydimethylsiloxane block and a poly N-vinylcarbazole block.
The method of claim 1, further comprising the step of annealing the coating layer to form a self-assembly pattern of the block copolymer.
3. The method of claim 2, wherein the annealing is performed with a saturated solvent vapor.
4. The method according to claim 3, wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of toluene, acetone, benzene, ethanol, n-butanol, n-heptanol and isopropane.
The method of claim 2, wherein the annealing is performed at a temperature of 50 to 300 캜.
The method for producing a coated steel sheet according to claim 1, wherein, in the step of producing the polymer, the content ratio of the chain transfer agent and the initiator is 1: 0.01 to 0.5.
The method of claim 1, wherein the initiator is at least one block copolymer selected from oxygen, hydroperoxide, perester, percarbonate, peroxide, persulfate, and azo based initiator.
The method of claim 1, wherein the first monomer is polydimethylsioxane (PDMS), the second monomer is N-vinylcarbazole (NVC), and the chain transfer agent is a block copolymer that is a RAFT reagent A method of manufacturing a coated steel sheet using the method.
The method of claim 1, wherein the first monomer is N-vinylcarbazole, the second monomer is polydimethylsiloxane, and the chain transfer agent is a switch-RATF reagent.
The method of claim 1, wherein the composition is a block copolymer comprising 0.5 to 2% by weight of a block copolymer and the balance solvent.
The method of claim 1, wherein the coating layer is controlled to have a thickness of 0.1 to 10 탆.
The method of claim 1, wherein the coating is performed by a spin coating method and the spin rate is 1000 to 3000 rpm.
상기 강판의 적어도 일면에 형성된 코팅층을 포함하는 코팅강판에 있어서,
상기 코팅층은 폴리다이메틸실록세인 블록 및 폴리N-바이닐카바졸 블록을 포함하는 블록공중합체를 포함하는, 블록공중합체를 이용한 코팅 강판.
Steel plate; And
And a coating layer formed on at least one surface of the steel sheet,
Wherein the coating layer comprises a block copolymer comprising a polydimethylsiloxane block and a poly N-vinylcarbazole block.
14. The coated steel sheet according to claim 13, wherein the weight ratio of the polydimethylsiloxane block and the poly N-vinylcarbazole block is 1: 0.1 to 2.0.
14. The coated steel sheet according to claim 13, wherein the block copolymer has a number average molecular weight of 500 to 30,000.
14. The coated steel sheet according to claim 13, wherein the block copolymer is a block copolymer having a spherical, cylinder, gyroid or lamellar structure.
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