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KR102094581B1 - Composition for hydrophobic and UV curable thin film and hydrophobic thin film made from the same - Google Patents

Composition for hydrophobic and UV curable thin film and hydrophobic thin film made from the same Download PDF

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KR102094581B1
KR102094581B1 KR1020170121625A KR20170121625A KR102094581B1 KR 102094581 B1 KR102094581 B1 KR 102094581B1 KR 1020170121625 A KR1020170121625 A KR 1020170121625A KR 20170121625 A KR20170121625 A KR 20170121625A KR 102094581 B1 KR102094581 B1 KR 102094581B1
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하영근
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Abstract

본 발명은 발수성이 우수하고 UV 경화가 가능한 박막용 조성물 및 이로부터 제조된 발수성 박막에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 물에 대한 접촉각(contact angle)이 150°이상으로 발수성이 우수하고 물의 미끄러짐각(sliding angle)이 10°이하로 자기세정능력(self-cleaning)이 우수한 동시에, 내구성이 우수하여 외부로부터 물리적 손상에 의한 발수성 및/또는 자기세정능력의 저하가 억제되거나 최소화될 수 있을 뿐만 아니라 물리적/화학적 손상에 의해 저하된 발수성 및/또는 자기세정능력이 회복될 수 있는 자기회복능력(self-healing)을 보유하며, 또한 발수성 및/또는 자기 세정능력과 상충관계(trade off)에 있는 투명성이 80% 이상으로 유지될 수 있고, 나아가 간단하고 신속하게 제조될 수 있어 제조비용이 절감되고 대면적으로 적용이 가능한 발수성 박막을 형성할 수 있는 발수성 박막용 조성물 및 이로부터 제조된 발수성 박막에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for a thin film excellent in water repellency and capable of UV curing, and a water repellent thin film prepared therefrom. Specifically, the present invention has excellent water repellency at a contact angle of 150 ° or more and excellent self-cleaning ability at a sliding angle of water of 10 ° or less, and excellent durability. Thus, the water repellency and / or self-cleaning ability due to physical damage from the outside can be suppressed or minimized, and the self-recovery ability to recover from the water-repellent and / or self-cleaning ability reduced by physical / chemical damage (self) -Healing), and transparency that is in trade-off with water repellency and / or self-cleaning ability can be maintained at 80% or more, and furthermore, it can be manufactured simply and quickly, reducing manufacturing cost and The present invention relates to a composition for a water-repellent thin film capable of forming a water-repellent thin film applicable to an area and a water-repellent thin film prepared therefrom.

Description

발수성이 우수하고 UV 경화가 가능한 박막용 조성물 및 이로부터 제조된 발수성 박막{Composition for hydrophobic and UV curable thin film and hydrophobic thin film made from the same}Composition for hydrophobic and UV curable thin film and hydrophobic thin film made from the same}

본 발명은 발수성이 우수하고 UV 경화가 가능한 박막용 조성물 및 이로부터 제조된 발수성 박막에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 물에 대한 접촉각(contact angle)이 150°이상으로 발수성이 우수하고 물의 미끄러짐각(sliding angle)이 10°이하로 자기세정능력(self-cleaning)이 우수한 동시에, 내구성이 우수하여 외부로부터 물리적 손상에 의한 발수성 및/또는 자기세정능력의 저하가 억제되거나 최소화될 수 있을 뿐만 아니라 물리적/화학적 손상에 의해 저하된 발수성 및/또는 자기세정능력이 회복될 수 있는 자기회복능력(self-healing)을 보유하며, 또한 발수성 및/또는 자기 세정능력과 상충관계(trade off)에 있는 투명성이 80% 이상으로 유지될 수 있고, 나아가 간단하고 신속하게 제조될 수 있어 제조비용이 절감되고 대면적으로 적용이 가능한 발수성 박막을 형성할 수 있는 발수성 박막용 조성물 및 이로부터 제조된 발수성 박막에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for a thin film excellent in water repellency and capable of UV curing, and a water repellent thin film prepared therefrom. Specifically, the present invention has excellent water repellency at a contact angle of 150 ° or more and excellent self-cleaning ability at a sliding angle of water of 10 ° or less, and excellent durability. Thus, the water repellency and / or self-cleaning ability due to physical damage from the outside can be suppressed or minimized, and the self-recovery ability to recover from the water-repellent and / or self-cleaning ability reduced by physical / chemical damage (self) -Healing), and transparency that is in trade-off with water repellency and / or self-cleaning ability can be maintained at 80% or more, and furthermore, it can be manufactured simply and quickly, reducing manufacturing cost and The present invention relates to a composition for a water-repellent thin film capable of forming a water-repellent thin film applicable to an area and a water-repellent thin film prepared therefrom.

최근의 소재 산업에 있어서, 액체의 젖음 거동(Wetting behavior)을 효과적으로 제어할 수 있는 소재의 표면 개질기술이 매우 중요하게 부각되고 있다. 특히, 초발수성(Superhydrophobic) 코팅은 내리는 비에 의해 저절로 소재의 표면이 세척되는 건물외벽, 지문이 묻지 않는 핸드폰 액정소재, 태양광 패널, 전자 소자, 스마트 윈도우 등에 적용되는 등 뛰어난 발수성 및 자기 세정능력에 의한 다양한 응용가능성으로 인해 오랜 관심을 받아 오고 있다.In the recent material industry, the surface modification technology of a material that can effectively control the wetting behavior of a liquid is very important. In particular, superhydrophobic coatings have excellent water repellency and self-cleaning ability, such as being applied to building exterior walls where the surface of the material is cleaned by itself by falling rain, liquid crystal materials for cell phones without fingerprints, solar panels, electronic devices, smart windows, etc. It has been receiving long attention due to its various applicability.

그러나, 종래 초발수성 코팅은 내구성이 낮아 외부로부터의 물리적 손상에 의해 발수성 및 자기세정능력(self-cleaning)이 저하되고, UV 조사에 의한 화학적 손상에 의해 발수성 및 자기세정능력이 상실되거나 저하되는 문제가 있다.However, the conventional super water-repellent coating has a low durability, so that water repellency and self-cleaning ability is reduced by physical damage from the outside, and water repellency and self-cleaning ability are lost or decreased by chemical damage by UV irradiation. There is.

또한, 종래 초발수성 코팅은 발수성을 구현하기 위해 증가된 표면 거칠기로 인해 빛을 산란시키거나 반사시킴으로써 투명성이 저하되어, 투명성이 요구되는 용도, 예를 들어, 유리창, 자동차 유리, 태양전지 패널유리, 핸드폰 액정 등에 적용하기에는 한계가 있다.In addition, the conventional super water-repellent coating is reduced in transparency by scattering or reflecting light due to increased surface roughness in order to realize water repellency, applications requiring transparency, for example, glass windows, automobile glass, solar panel glass, There is a limit to the application to mobile phone liquid crystals.

나아가, 종래 초발수성 코팅은 리소그라피(lithography), 플라즈마 에칭(plasma etching), 진공 증착(vacuum deposition) 등을 포함한 top-down 방법을 이용하여 상충관계(trade off)에 있는 발수성과 투명성을 조절하기 위한 연구가 진행되었으나, 이러한 방법은 고가의 진공 장비 및 리소그라피 장비에 의한 제한된 생산성과 제한된 기판의 크기 때문에 대면적화가 어려워 초소수성 표면 제작에 한계를 가지고 있다.Furthermore, conventional super water repellent coatings are used to control water repellency and transparency in trade off by using top-down methods including lithography, plasma etching, and vacuum deposition. Although studies have been conducted, these methods have limitations in the production of superhydrophobic surfaces due to the difficulty of large-scale area due to the limited productivity and limited size of the substrate by expensive vacuum equipment and lithography equipment.

이러한 한계를 극복하기 위해, 다양한 그룹에서 실리카 나노입자 조립과 졸-겔(sol-gel) 화학을 이용한 bottom-top 방법을 이용하여 초소수성 표면을 개발하기 위한 연구가 진행되었고, 이러한 방법은 대면적화 및 프린팅 방법의 적용이 가능하기 때문에 코팅의 제조비용이 절감되고 대량생산이 가능하다는 장점이 있으나, 코팅의 물에 대한 높은 접촉각을 구현하기 위한 복잡한 준비 과정이 요구되고 높은 투과율과 초소수성을 만족하는 표면 거칠기의 정확한 조절이 어렵다는 단점이 있다.In order to overcome these limitations, studies were conducted in various groups to develop superhydrophobic surfaces using silica nanoparticle assembly and a bottom-top method using sol-gel chemistry. And since the printing method can be applied, the manufacturing cost of the coating is reduced and the mass production is possible. However, a complicated preparation process for realizing a high contact angle to the water of the coating is required, and the high transmittance and superhydrophobicity are satisfied. There is a disadvantage that it is difficult to accurately control the surface roughness.

따라서, 본 발명은 물에 대한 접촉각(contact angle)이 150°이상으로 발수성이 우수하고 물의 미끄러짐각(sliding angle)이 10°이하로 자기세정능력(self-cleaning)이 우수한 동시에, 내구성이 우수하여 외부로부터 물리적 손상에 의한 발수성 및/또는 자기세정능력의 저하가 억제되거나 최소화될 수 있을 뿐만 아니라 물리적/화학적 손상에 의해 저하된 발수성 및/또는 자기세정능력이 회복될 수 있는 자기회복능력(self-healing)을 보유하며, 또한 발수성 및/또는 자기 세정능력과 상충관계(trade off)에 있는 투명성이 80% 이상으로 유지될 수 있고, 나아가 간단하고 신속하게 제조될 수 있어 제조비용이 절감되고 대면적으로 적용이 가능한 발수성 박막을 형성할 수 있는 발수성 박막용 조성물 및 이로부터 제조된 발수성 박막이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, the present invention is excellent in water repellency at a contact angle of 150 ° or more, and excellent in self-cleaning at a sliding angle of water of 10 ° or less, and also excellent in durability. Self-recovery (self-recovery), in which a decrease in water repellency and / or self-cleaning ability due to physical damage from the outside can be suppressed or minimized, as well as water-repellent and / or self-cleaning ability reduced by physical / chemical damage can be recovered. Healing), and transparency that is in trade-off with water repellency and / or self-cleaning ability can be maintained at 80% or more, and furthermore, it can be manufactured simply and quickly, reducing manufacturing cost and large area There is an urgent need for a composition for a water-repellent thin film capable of forming a water-repellent thin film and a water-repellent thin film prepared therefrom.

본 발명은 물에 대한 접촉각(contact angle)이 150°이상으로 발수성이 우수하고 물의 미끄러짐각(sliding angle)이 10°이하로 자기세정능력(self-cleaning)이 우수한 발수성 박막용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to provide a composition for a water-repellent thin film having excellent water repellency at a contact angle of 150 ° or more, and excellent self-cleaning with a sliding angle of water of 10 ° or less. The purpose.

또한, 본 발명은 내구성이 우수하여 외부로부터 물리적 손상에 의한 발수성 및/또는 자기세정능력의 저하가 억제되거나 최소화될 수 있을 뿐만 아니라 물리적/화학적 손상에 의해 저하된 발수성 및/또는 자기세정능력이 회복될 수 있는 자기회복능력(self-healing)을 보유하는 발수성 박막용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is excellent in durability, so that a decrease in water repellency and / or self-cleaning ability due to physical damage from the outside can be suppressed or minimized, and water-repellent and / or self-cleaning ability reduced by physical / chemical damage is recovered. An object of the present invention is to provide a composition for a water repellent thin film having self-healing ability.

그리고, 본 발명은 발수성 및/또는 자기 세정능력과 상충관계(trade off)에 있는 투명성이 80% 이상으로 유지될 수 있는 발수성 박막용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.And, an object of the present invention is to provide a composition for a water-repellent thin film that can be maintained at 80% or more of transparency in a trade off relationship with the water-repellent and / or self-cleaning ability.

나아가, 본 발명은 간단하고 신속하게 제조될 수 있어 제조비용이 절감되고 대면적으로 적용이 가능한 발수성 박막용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.Furthermore, an object of the present invention is to provide a composition for a water-repellent thin film that can be manufactured simply and quickly, thereby reducing manufacturing cost and applicable to a large area.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,In order to solve the above problems, the present invention,

발수성 박막용 조성물로서, 분산매 및 분산질을 포함하고, 상기 분산질은 금속 나노입자를 포함하고, 상기 금속 나노입자의 표면은 소수성 작용기와 친수성 작용기를 갖는 자기조립 단분자막(SAMs)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물을 제공한다.As a composition for a water-repellent thin film, comprising a dispersion medium and a dispersoid, the dispersoid includes metal nanoparticles, and the surface of the metal nanoparticles is formed by self-assembled monomolecular films (SAMs) having hydrophobic functional groups and hydrophilic functional groups. To provide a composition for a water-repellent thin film.

여기서, 상기 소수성 작용기는 탄화수소기 또는 불소기를 포함하고, 상기 친수성 작용기는 히드록시기, 카르복시기 및 아크릴레이트기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물을 제공한다.Here, the hydrophobic functional group includes a hydrocarbon group or a fluorine group, the hydrophilic functional group provides a composition for a water-repellent thin film, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of hydroxy group, carboxyl group and acrylate group.

또한, 상기 소수성 작용기는 탄화수소기를 포함하고, 상기 소수성 작용기와 상기 친수성 작용기의 비율은 7:3 이상인 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물을 제공한다.In addition, the hydrophobic functional group includes a hydrocarbon group, and the ratio of the hydrophobic functional group and the hydrophilic functional group is 7: 3 or more, to provide a composition for a water-repellent thin film.

한편, 상기 소수성 작용기는 불소기를 포함하고, 상기 소수성 작용기와 상기 친수성 작용기의 비율은 5:5 이상인 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물을 제공한다.On the other hand, the hydrophobic functional group includes a fluorine group, and the ratio of the hydrophobic functional group and the hydrophilic functional group is 5: 5 or more, to provide a composition for a water-repellent thin film.

또한, 상기 자기조립 단분자막은 옥타데실포스폰산(octadecylphosphonic acid; ODPA)과 포스폰산 2-하이드록시메타크릴레이트 에스테르(Phosphoric acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester; PHME)가 상기 금속 나노입자의 표면에 배위결합함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물을 제공한다.In addition, the self-assembled monomolecular film is formed by coordinating octadecylphosphonic acid (ODPA) and phosphonic acid 2-hydroxymethacrylate ester (PHME) to the surface of the metal nanoparticles. It provides a composition for water-repellent thin film, characterized in that.

한편, 상기 자기조립 단분자막은 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥탄포스폰산(1H,1H,2H,2H-Perfluorooctanephosphonic acid; HDF-PA)과 포스폰산 2-하이드록시메타크릴레이트 에스테르(Phosphoric acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester; PHME)가 상기 금속 나노입자의 표면에 배위결합함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물을 제공한다.On the other hand, the self-assembled monolayer is 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanephosphonic acid (1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctanephosphonic acid; HDF-PA) and phosphonic acid 2-hydroxymethacrylate ester (Phosphoric It provides a composition for a water-repellent thin film, characterized in that the acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester (PHME) is formed by coordination bonding to the surface of the metal nanoparticles.

나아가, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물을 제공한다.Furthermore, it provides a composition for a water-repellent thin film, further comprising 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA).

여기서, 광개시제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물을 제공한다.Here, it provides a composition for a water repellent thin film, characterized in that it further comprises a photoinitiator.

또한, 상기 금속 나노입자는 산화알루미늄 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물을 제공한다.In addition, the metal nanoparticles, characterized in that it comprises aluminum oxide nanoparticles, provides a composition for a water-repellent thin film.

한편, 상기 발수성 박막용 조성물을 기판 위에 코팅한 후 경화시켜 제조된 발수성 박막을 제공한다.On the other hand, the composition for coating a water-repellent thin film on a substrate and then cured to provide a water-repellent thin film.

본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물은 입경이 상이한 2종 이상의 나노입자에 의한 박막 내의 마이크로/나노 계층 구조를 형성함으로써 박막의 표면 거칠기를 정밀하게 조절함으로써 물에 대한 접촉각(contact angle)이 150°이상으로 발수성이 우수하고 물의 미끄러짐각(sliding angle)이 10°이하로 자기세정능력(self-cleaning)이 우수한 효과를 나타낸다.The composition for a water repellent thin film according to the present invention has a contact angle with water of 150 ° or more by precisely controlling the surface roughness of the thin film by forming a micro / nano layer structure in the thin film by two or more nanoparticles having different particle diameters As it is excellent in water repellency and the sliding angle of water is 10 ° or less, it exhibits an excellent effect of self-cleaning.

또한, 본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물은 나노입자 표면에 특정한 2종의 작용기를 특정한 비율로 갖는 자기조립 단분자막(SAMs)을 형성함으로써 박막의 내구성이 향상되어 외부로부터 물리적 손상에 의한 발수성 및/또는 자기세정능력의 저하가 억제되거나 최소화될 수 있을 뿐만 아니라 물리적/화학적 손상에 의해 저하된 발수성 및/또는 자기세정능력이 회복될 수 있는 자기회복능력(self-healing)을 보유하게 되는 우수한 효과를 나타낸다.In addition, the composition for a water-repellent thin film according to the present invention improves the durability of a thin film by forming self-assembled monomolecular films (SAMs) having two specific functional groups on a nanoparticle surface in a specific ratio, thereby improving water repellency and / or water damage due to physical damage from the outside. Not only can the reduction of self-cleaning ability be suppressed or minimized, but also exhibit the excellent effect of retaining the self-healing ability to recover the water-repellent and / or self-cleaning ability reduced by physical / chemical damage. .

그리고, 본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물은 박막의 표면 거칠기의 정밀한 제어를 통해 발수성 및/또는 자기세정능력과 상충관계에 있는 투명도가 80% 이상으로 유지되는 우수한 효과를 나타낸다.In addition, the composition for a water-repellent thin film according to the present invention exhibits an excellent effect of maintaining a transparency that is in conflict with the water-repellent and / or self-cleaning ability at 80% or more through precise control of the surface roughness of the thin film.

나아가, 본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물은 bottom-up 방식으로 간단하고 신속하게 박막을 형성할 수 있어 박막의 제조비용이 절감되고 대면적으로 적용이 가능한 우수한 효과를 나타낸다.Furthermore, the composition for a water-repellent thin film according to the present invention can easily and quickly form a thin film in a bottom-up manner, thereby reducing the manufacturing cost of the thin film and exhibiting an excellent effect that can be applied to a large area.

도 1은 본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물에 포함되는 나노입자의 표면에 2종의 작용기가 다양한 비율로 도입된 자기조립 단분자막(SAMs)이 형성된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물의 실시예의 제조방법 및 이로부터 발수성 박막을 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 실시예에서 발수성 박막의 자기 회복능력을 평가한 결과를 나타내는 그래프이다.
1 schematically shows a state in which self-assembled monomolecular films (SAMs) in which two functional groups are introduced at various ratios are formed on the surface of nanoparticles included in the composition for a water-repellent thin film according to the present invention.
Figure 2 schematically shows a method of manufacturing an embodiment of the composition for a water-repellent thin film according to the present invention and a method of forming a water-repellent thin film therefrom.
Figure 3 is a graph showing the results of evaluating the self-healing ability of the water-repellent thin film in Examples.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention is sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 발명은 분산매 및 이에 분산된 분산매로서 나노입자를 포함하고, 상기 나노입자의 표면은 소수성 작용기와 친수성 작용기를 특정 비율로 갖는 자기조립 단분자막(SAMs)이 형성되는, 발수성 박막용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for a water-repellent thin film in which self-assembled monomolecular films (SAMs) having a hydrophobic functional group and a hydrophilic functional group in a specific ratio are formed, including nanoparticles as a dispersion medium and a dispersion medium dispersed therein.

여기서, 상기 분산매는 투명성 박막용 분산매로 사용될 수 있다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 이소프로필아세테이트, 부탄올, 2-부탄올, 옥탄올, 2-에틸헥사놀, 펜탄올, 벤질알콜, 헥산올, 2-헥산올, 사이클로헥산올, 테르피네올, 노나놀, 메틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 2-프로판온, 디아세틸, 아세틸아세톤, 1,2-디아세틸에탄, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 2-메톡시에틸아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, N-메틸-2-피롤리돈, N-메틸아세트아마이드, 이들의 혼합물 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 용매를 포함할 수 있고, 바람직하게는 이소프로판올을 포함할 수 있다.Here, the dispersion medium is not particularly limited as long as it can be used as a dispersion medium for a transparent thin film, for example, water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, isopropyl acetate, butanol, 2-butanol, octanol, 2-ethylhexanol , Pentanol, benzyl alcohol, hexanol, 2-hexanol, cyclohexanol, terpineol, nonanol, methylene glycol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, Ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol Monobutyl ether, 2-propanone, diacetyl, acetylacetone, 1,2-diacetylethane, dime Selected from the group consisting of carbonate, diethyl carbonate, propylene glycol methyl ether acetate, 2-methoxyethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylacetamide, mixtures thereof, and the like. It may contain one or more solvents, preferably isopropanol.

상기 분산질은 본 발명에 따른 조성물로부터 발수성 박막을 형성하는 경우 상기 박막이 정밀하게 조절된 표면 거칠기를 보유하도록 함으로써 물에 대한 접촉각(contact angle)이 150°이상인 우수한 발수성 및 물의 미끄러짐각(sliding angle)이 10°이하인 우수한 자기세정능력을 구현하는 동시에, 상기 발수성 및/또는 자기세정능력과 상충관계에 있는 투명도를 80% 이상으로 유지시키는 기능을 수행한다.When the water repellent film is formed from the composition according to the present invention, the dispersion material has excellent water repellency and a sliding angle of water having a contact angle to water of 150 ° or more by allowing the thin film to have precisely controlled surface roughness. ) Implements an excellent self-cleaning ability of 10 ° or less, while maintaining a transparency that is in conflict with the water repellency and / or self-cleaning ability at 80% or more.

상기 분산질은 상기 박막의 발수성을 위한 표면 거칠기를 구현할 수 있다면 특별히 제한되지 않고, 금속 나노입자, 예를 들어, 금속산화물, 특히 산화알루미늄, 안티몬주석산화물, 산화비스무트, 산화세륨, 산화코발트, 산화동, 산화철, 산화마그네슘, 산화망간, 산화니켈, 산화규소, 산화티탄, 산화이트륨, 산화아연, 산화지르코늄 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속 산화물, 바람직하게는 산화알루미늄을 포함할 수 있다.The dispersoid is not particularly limited as long as it can implement surface roughness for water repellency of the thin film, and metal nanoparticles, for example, metal oxides, particularly aluminum oxide, antimony tin oxide, bismuth oxide, cerium oxide, cobalt oxide, copper oxide , Iron oxide, magnesium oxide, manganese oxide, nickel oxide, silicon oxide, titanium oxide, yttrium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, or the like, and may include one or more metal oxides, preferably aluminum oxide.

구체적으로, 상기 분산질은 평균입경이 상이한 2종 이상의 분산질을 포함할 수 있고, 바람직하게는 평균입경이 21 내지 50 nm인 제1 나노입자 및 평균입경이 1 내지 20 nm인 제2 나노입자를 포함할 수 있으며, 이러한 본 발명에 따른 조성물로부터 발수성 박막을 형성하는 경우 상대적으로 평균입경이 작아 중량이 작은 제2 나노입자의 일부 또는 전부가 상대적으로 평균입경이 커서 중량이 큰 제1 나노입자의 상부에 배치되게 되고, 이로써 상기 박막에는 다수의 요철과 같은 마이크로/나노 계층 구조가 형성되어 정밀하게 조절된 표면 거칠기가 보유되고, 결과적으로 상기 박막의 우수한 발수성, 자기세정능력, 투명도가 구현될 수 있다.Specifically, the dispersoid may include two or more dispersoids having different average particle diameters, preferably first nanoparticles having an average particle diameter of 21 to 50 nm and second nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 20 nm. When the water-repellent thin film is formed from the composition according to the present invention, the first nanoparticles having a relatively large average particle diameter and a relatively large average particle diameter due to a relatively small average particle diameter are relatively large. It is arranged on the top, whereby a micro / nano layer structure such as a plurality of irregularities is formed on the thin film to retain precisely controlled surface roughness, resulting in excellent water repellency, self-cleaning ability, and transparency of the thin film. You can.

예를 들어, 상기 제1 나노입자와 상기 제2 나노입자의 중량 배합비는 1:2 이상, 특히 1:2 내지 1:3일 수 있고, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 제1 나노입자의 함량은 1 중량% 이상이고, 상기 제2 나노입자의 함량은 2 중량% 이상일 수 있다. 상기 제1 나노입자와 상기 제2 나노입자의 특정한 중량 배합비에 의해 상기 조성물로부터 형성되는 박막의 표면 거칠기(rms)는 60 nm 이상 400 nm 미만, 바람직하게는 60 내지 160 nm일 수 있다.For example, the weight mixing ratio of the first nanoparticle and the second nanoparticle may be 1: 2 or more, particularly 1: 2 to 1: 3, and based on the total weight of the composition, the first nanoparticle The content is 1% by weight or more, and the content of the second nanoparticles may be 2% by weight or more. The surface roughness (rms) of the thin film formed from the composition by a specific weight mixing ratio of the first nanoparticles and the second nanoparticles may be 60 nm or more and less than 400 nm, preferably 60 to 160 nm.

상기 박막의 표면 거칠기(rms)는 상기 박막의 발수성 및 자기세정능력에 큰 영향을 미칠 수 있는데, 상기 박막의 표면 거칠기(rms)가 증가할 경우 상기 박막의 거친 표면상 요철 구조인 마이크로/나노 계층 구조에 존재하는 공기의 양이 증가하므로 상기 공기가 상기 박막의 표면과 상기 박막 표면에 접촉할 수 있는 물의 접촉면적을 최소화하는데 기여하여 결과적으로 상기 박막의 발수성 및 자기세정능력이 향상된다.The surface roughness (rms) of the thin film may greatly affect the water repellency and self-cleaning ability of the thin film. When the surface roughness (rms) of the thin film increases, the micro / nano layer which is an uneven structure on the rough surface of the thin film Since the amount of air present in the structure increases, the air contributes to minimizing the contact area of the surface of the thin film with water that can contact the surface of the thin film, and as a result, the water repellency and self-cleaning ability of the thin film is improved.

한편, 상기 박막의 표면 거칠기(rms)가 증가하는 경우 상기 박막의 발수성 및 자기세정능력이 향상되는 반면, 상기 박막의 투명도가 저하되는 문제가 있다. 즉, 상기 박막의 표면 거칠기(rms)가 400 nm 이상인 경우 파장이 400 내지 800 nm인 가시광선이 상기 박막을 통과하지 못하고 상기 박막의 표면에서 난반사되어 상기 박막의 투명도가 저하될 수 있다.On the other hand, when the surface roughness (rms) of the thin film is increased, the water repellency and self-cleaning ability of the thin film is improved, while the transparency of the thin film is lowered. That is, when the surface roughness (rms) of the thin film is 400 nm or more, visible light having a wavelength of 400 to 800 nm does not pass through the thin film and is diffusely reflected on the surface of the thin film, thereby deteriorating the transparency of the thin film.

따라서, 본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물은 앞서 기술한 제1 나노입자와 제2 나노입자가 정밀하게 제어된 평균입경을 갖고, 이러한 제1 나노입자와 제2 나노입자의 정밀하게 제어된 배합비를 통해, 앞서 기술한 바와 같은 60 내지 160 nm의 표면 거칠기가 보유됨으로써, 결과적으로 물에 대한 접촉각이 150°이상이고 물의 미끄러짐각이 10°이하이며, 투명도가 80% 이상으로 구현될 수 있다.Accordingly, the composition for a water repellent thin film according to the present invention has an average particle diameter of which the first nanoparticles and the second nanoparticles described above are precisely controlled, and the precisely controlled mixing ratio of the first nanoparticles and the second nanoparticles. Through, by retaining the surface roughness of 60 to 160 nm as described above, as a result, the contact angle with water is 150 ° or more, the sliding angle of water is 10 ° or less, and the transparency can be realized with 80% or more.

도 1은 본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물에 포함되는 나노입자의 표면에 2종의 작용기가 다양한 비율로 도입된 자기조립 단분자막(SAMs)이 형성된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 1 schematically shows a state in which self-assembled monomolecular films (SAMs) in which two functional groups are introduced at various ratios are formed on the surface of nanoparticles included in the composition for a water-repellent thin film according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 산화알루미늄(Al2O3) 등의 나노입자(NP)의 표면에는 소수성 작용기와 친수성 작용기를 특정 비율로 갖는 자기조립 단분자막(SAMs)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 소수성 작용기는 메틸기(-CH3) 등의 탄화수소기, 불소기(-F) 등을 포함할 수 있고, 상기 친수성 작용기는 히드록시기, 카르복시기, 아크릴레이트기 등을 포함할 수 있다. 상기 소수성 작용기로서 탄화수소기는 불소기에 비해 박막의 발수성을 구현하는 효과는 낮으나 투명도를 유지하는 측면에서는 유리한 반면, 상기 불소기는 상기 탄화수소기에 비해 박막의 발수성을 구현하는 효과는 우수하나 투명도를 유지하는 측면에서는 상대적으로 불리하다.As illustrated in FIG. 1, self-assembled monomolecular films (SAMs) having hydrophobic functional groups and hydrophilic functional groups in a specific ratio may be formed on the surface of nanoparticles (NP) such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Here, the hydrophobic functional group may include a hydrocarbon group such as a methyl group (-CH 3 ), a fluorine group (-F), and the like, and the hydrophilic functional group may include a hydroxy group, a carboxy group, an acrylate group, and the like. While the hydrocarbon group as the hydrophobic functional group has a low effect of realizing water repellency of the thin film compared to the fluorine group, it is advantageous in terms of maintaining transparency, whereas the fluorine group has an excellent effect of realizing water repellency of the thin film compared to the hydrocarbon group, but in terms of maintaining transparency. It is relatively unfavorable.

구체적으로, 상기 소수성 작용기 및 상기 친수성 작용기를 갖는 자기조립 단분자막(SAMs)은 상기 소수성 작용기를 갖는 화합물과 상기 친수성 작용기를 갖는 화합물 각각이 상기 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속 나노입자의 표면에 배위결합함으로써 형성될 수 있다.Specifically, the self-assembled monomolecular films (SAMs) having the hydrophobic functional group and the hydrophilic functional group are each of the compound having the hydrophobic functional group and the compound having the hydrophilic functional group, the surface of metal nanoparticles such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) It can be formed by coordination bonds.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자기조립 단분자막(SAMs)은 옥타데실포스폰산(octadecylphosphonic acid; ODPA) 또는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥탄포스폰산(1H,1H,2H,2H-Perfluorooctanephosphonic acid; HDF-PA)와 포스폰산 2-하이드록시메타크릴레이트 에스테르(Phosphoric acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester; PHME)의 비율을 조절한 자기조립을 통해 형성될 수 있다.For example, as shown in Figure 1, the self-assembled monolayer (SAMs) is octadecylphosphonic acid (octadecylphosphonic acid; ODPA) or 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanephosphonic acid (1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctanephosphonic acid (HDF-PA) and phosphonic acid 2-hydroxymethacrylate ester (Phosphoric acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester; PHME) can be formed through self-assembly.

구체적으로, 상기 옥타데실포스폰산(ODPA) 또는 상기 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥탄포스폰산(HDF-PA)은 상기 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속 나노입자와 배위결합을 하는 말단의 반대단에 메틸기(-CH3) 또는 불소기(-F)의 소수성 작용기가 배치되고, 상기 포스폰산 2-하이드록시메타크릴레이트 에스테르(PHME)는 상기 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속 나노입자와 배위결합을 하는 말단의 반대단에 아크릴레이트기의 친수성 작용기가 배치되게 된다.Specifically, the octadecylphosphonic acid (ODPA) or the 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanephosphonic acid (HDF-PA) is coordinated with metal nanoparticles such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) A hydrophobic group of a methyl group (-CH 3 ) or a fluorine group (-F) is disposed at the opposite end of the terminal, and the phosphonic acid 2-hydroxymethacrylate ester (PHME) is the aluminum oxide (Al 2 O 3 ), The hydrophilic functional group of the acrylate group is disposed on the opposite end of the terminal that coordinates with the metal nanoparticles.

여기서, 상기 소수성 작용기를 갖는 화합물과 상기 친수성 작용기를 갖는 화합물을 합한 농도는 0.1 내지 1 mmol, 바람직하게는 0.2 내지 1 mmol일 수 있고, 상기 소수성 작용기가 탄화수소기인 경우 상기 소수성 작용기와 상기 친수성 작용기의 비율은 7:3 이상, 예를 들어 7:3 내지 10:0, 바람직하게는 7:3 내지 9:1이고, 상기 소수성 작용기가 불소기인 경우 상기 소수성 작용기와 상기 친수성 작용기의 비율은 5:5 이상, 예를 들어 5:5 내지 10:0, 바람직하게는 5:5 내지 9:1일 수 있다.Here, the concentration of the compound having the hydrophobic functional group and the compound having the hydrophilic functional group may be 0.1 to 1 mmol, preferably 0.2 to 1 mmol, and when the hydrophobic functional group is a hydrocarbon group, the hydrophobic functional group and the hydrophilic functional group The ratio is 7: 3 or more, for example, 7: 3 to 10: 0, preferably 7: 3 to 9: 1, and when the hydrophobic functional group is a fluorine group, the ratio of the hydrophobic functional group to the hydrophilic functional group is 5: 5 The above may be, for example, 5: 5 to 10: 0, preferably 5: 5 to 9: 1.

상기 소수성 작용기와 상기 친수성 작용기의 비율이 기준 미달인 경우 상기 박막의 발수성이 기준 미달일 수 있는 반면, 상기 친수성 작용기가 포함되지 않는 경우 상기 박막의 내구성이 크게 저하될 수 있다.When the ratio of the hydrophobic functional group and the hydrophilic functional group is less than the reference, the water repellency of the thin film may be less than the reference, whereas when the hydrophilic functional group is not included, the durability of the thin film may be significantly reduced.

도 2는 본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물의 실시예의 제조방법 및 이로부터 발수성 박막을 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.Figure 2 schematically shows a method of manufacturing an embodiment of the composition for a water-repellent thin film according to the present invention and a method of forming a water-repellent thin film therefrom.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발수성 박막용 조성물은 표면에 소수성 작용기 및 친수성 작용기를 갖는 자기조립 단분자막(SAMs)이 형성된 나노입자를 분산질로서 분산매에 분산시켜 제조할 수 있다. 또한, 상기 조성물을 기판 위에 스프레이 코팅하고 UV 조사에 의한 경화(curing)를 통해 경화시킴으로써 발수성 박막을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2, the composition for a water-repellent thin film according to the present invention can be prepared by dispersing nanoparticles having self-assembled monomolecular films (SAMs) having hydrophobic and hydrophilic functional groups on a surface as a dispersing medium in a dispersion medium. In addition, a water-repellent thin film may be formed by spray coating the composition on a substrate and curing it through curing by UV irradiation.

특히, 상기 발수성 박막용 조성물에 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate; HDDA)를 추가로 첨가하는 경우, UV 조사시 상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA)가 서로 가교(crosslinking)반응하거나 상기 나노입자 표면의 친수성 작용기들과 가교반응하여 상기 조성물로부터 형성되는 발수성 박막의 내구성을 추가로 향상시킬 수 있다.In particular, when 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA) is additionally added to the composition for water-repellent thin film, the 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA) is irradiated during UV irradiation. The crosslinking reaction with each other or crosslinking reaction with the hydrophilic functional groups on the surface of the nanoparticles can further improve the durability of the water-repellent thin film formed from the composition.

여기서, 상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA)의 농도는 0.001 M 이상, 바람직하게는 0.003 내지 0.01 M일 수 있다. 상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA)의 농도가 0.003 M 미만인 경우 상기 박막의 내구성이 향상되지 않을 수 있다.Here, the concentration of the 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA) may be 0.001 M or more, preferably 0.003 to 0.01 M. When the concentration of the 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA) is less than 0.003 M, durability of the thin film may not be improved.

또한, 상기 가교반응을 위해 상기 발수성 박막용 조성물에 광개시제를 추가로 첨가할 수 있고, 상기 광개시제의 함량은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%일 수 있다.In addition, a photoinitiator may be additionally added to the composition for water repellent thin film for the crosslinking reaction, and the content of the photoinitiator is 0.05 to 1% by weight, preferably 0.1 to 1% by weight, based on the total weight of the composition. You can.

한편, 상기 자기조립 단분자막(SAMs)에 포함된 상기 소수성 작용기, 특히 탄화수소기는 상기 박막에 대한 UV 조사 등에 의한 상기 박막의 화학적 손상에 의해 저하된 발수성 및 자기세정능력을 회복시키는 자기 회복(self-healing)기능을 수행할 수 있다.On the other hand, the hydrophobic functional groups included in the self-assembled monomolecular films (SAMs), in particular, hydrocarbon groups, self-healing to recover the water repellency and self-cleaning ability reduced by chemical damage of the thin film by UV irradiation on the thin film. ) Function.

구체적으로, 상기 박막에 대한 UV 조사시 상기 박막의 표면에는 하이드록실기 또는 카르복실기와 같은 극성 그룹이 도입되고 그 결과 상기 박막은 물에 대한 낮은 접촉각을 가지는 친수성 표면이 되는데, 상기 박막을 약 150℃의 온도로 가열하면 상기 박막 내부에 있던 소수성 작용기, 특히 탄화수소기가 표면에너지를 최소화하기 위해 표면쪽으로 이동하게 되고 이러한 탄화수소기의 회전과 움직임의 결과로 도입되었던 하이드록실기 또는 카르복실기와 같은 극성 그룹이 상기 박막 내부로 숨게 되며 상기 탄화수소기는 상기 박막의 표면에 노출되게 되면서 상기 박막의 발수성 및 자기세정능력이 다시 회복될 수 있다.Specifically, upon UV irradiation of the thin film, a polar group such as a hydroxyl group or a carboxyl group is introduced on the surface of the thin film, and as a result, the thin film becomes a hydrophilic surface having a low contact angle with water. When heated to the temperature of the hydrophobic functional groups, especially the hydrocarbon groups in the thin film is moved toward the surface to minimize the surface energy and the polar groups such as hydroxyl groups or carboxyl groups introduced as a result of rotation and movement of these hydrocarbon groups are It is hidden inside the thin film and the hydrocarbon group is exposed on the surface of the thin film, so that the water repellency and self-cleaning ability of the thin film can be restored again.

[실시예][Example]

1. 발수성 박막용 조성물 및 박막의 제조예1. Water-repellent thin film composition and thin film production example

분산매로서 아이소프로필 알코올에 분산질로서 산화알루미늄 나노입자(평균입경 <20 nm)를 0.4 g/㎖로 첨가하고 초음파세척기를 이용하여 30분 동안 분산시킨 후, 0.2 mmol이 되도록 옥타데실포스폰산(ODPA) 또는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥탄포스폰산(HDF-PA)와 포스폰산 2-하이드록시메타크릴레이트 에스테르(PHME)를 아이소프로필 알코올 1 ㎖에 첨가한 후 이를 나노입자 분산용액에 첨가하고 10분 동안 초음파세척기에서 분산시키고, 60℃에서 3시간 동안 추가로 교반시키며, 원심분리와 다량의 아이소프로필 알코올에 의한 세척을 통해 과량의 ODPA, HDF-PA, PHME를 제거함으로써, 아래 표 1에 나타난 바와 같이 메틸기(-CH3) 또는 불소기(-F)의 소수성 작용기와 아크릴레이트의 친수성 작용기가 다양한 비율로 적용된 자기조립 단분자막이 상기 나노입자의 표면에 적용된 발수성 박막용 조성물을 제조했다.After dispersing aluminum oxide nanoparticles (average particle diameter <20 nm) as 0.4 g / ml as a dispersion medium in isopropyl alcohol as a dispersion medium and dispersing for 30 minutes using an ultrasonic washer, octadecylphosphonic acid (ODPA) was obtained to be 0.2 mmol. ) Or 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanephosphonic acid (HDF-PA) and phosphonic acid 2-hydroxymethacrylate ester (PHME) are added to 1 ml of isopropyl alcohol, and this is a nanoparticle dispersion solution To, and dispersed in an ultrasonic cleaner for 10 minutes, further stirred at 60 ° C. for 3 hours, by removing excess ODPA, HDF-PA, PHME through centrifugation and washing with a large amount of isopropyl alcohol, a methyl group (-CH 3) or self-assembled monolayer is hydrophobic group and a hydrophilic functional group of the acrylate groups of the fluorine (-F) is applied in various amounts as shown in Table 1 was applied to the surface of the nanoparticles, To prepare a composition for water-based thin film.

또한, 상기 발수성 박막용 조성물을 기판 위에 스프레이 코팅하기 전에 다시 분산시키기 위해 0.2 중량%의 자기조립 단분자막(SAMs)이 형성된 나노입자를 5 ㎖의 아이소프로필 알코올에 넣은 후에 1시간 동안 초음파세척기에 넣어준 후, 0.1 중량%의 광개시제 및 0.003 M의 HDDA를 첨가하고, 80℃로 가열된 유리기판(Corning 1737F glass) 위에 air sprayer(제조사 : Sparmax Co., Ltd)를 이용하여 40초 동안 분무한 다음 365 nm 파장을 가지는 UV 램프(제품명 : TN-4LC)를 이용하여 실온에서 1 시간 동안 UV 경화시켜 발수성 박막을 제조한다.In addition, 0.2% by weight of self-assembled monomolecular films (SAMs) formed nanoparticles into 5 ml of isopropyl alcohol was added to the ultrasonic washer for 1 hour to redisperse the composition for the water repellent thin film before spray coating on the substrate. Then, 0.1% by weight of photoinitiator and 0.003 M HDDA were added, sprayed on a glass substrate (Corning 1737F glass) heated to 80 ° C. using an air sprayer (manufacturer: Sparmax Co., Ltd) for 40 seconds, and then 365 A water-repellent thin film is prepared by UV curing at room temperature for 1 hour using a UV lamp having a wavelength of nm (product name: TN-4LC).

ODPA:PHMEODPA: PHME HDF-PA:PHMEHDF-PA: PHME 실시예 1Example 1 10:010: 0 실시예 2Example 2 9:19: 1 실시예 3Example 3 7:37: 3 비교예 1Comparative Example 1 5:55: 5 비교예 2Comparative Example 2 3:73: 7 비교예 3Comparative Example 3 1:91: 9 비교예 4Comparative Example 4 0:100:10 실시예 4Example 4 10:010: 0 실시예 5Example 5 8:28: 2 실시예 6Example 6 7:37: 3 실시예 7Example 7 5:55: 5 비교예 5Comparative Example 5 3:73: 7 비교예 6Comparative Example 6 2:82: 8 비교예 7Comparative Example 7 0:100:10

2. 물성 평가2. Property evaluation

1) 발수성 및 자기세정능력 평가1) Water repellency and self-cleaning ability evaluation

실시예 및 비교예 각각의 박막에 대해 물에 대한 접촉각 및 물의 미끄러짐각을 각각 평가했다. 평가 결과는 아래 표 2에 도시된 바와 같다.For each of the thin films of Examples and Comparative Examples, the contact angle to water and the slip angle of water were evaluated, respectively. The evaluation results are shown in Table 2 below.

물에 대한 접촉각(°)Contact angle to water (°) 물의 미끄러짐각(°)Water slip angle (°) 실시예 1Example 1 155.8(±0.5)155.8 (± 0.5) 22 실시예 2Example 2 156.2(±0.5)156.2 (± 0.5) 44 실시예 3Example 3 155.3(±0.1)155.3 (± 0.1) 66 비교예 1Comparative Example 1 118.2(±0.4)118.2 (± 0.4) NANA 비교예 2Comparative Example 2 70.9(±0.3)70.9 (± 0.3) NANA 비교예 3Comparative Example 3 ~0~ 0 NANA 비교예 4Comparative Example 4 ~0~ 0 NANA 실시예 4Example 4 154.6(±0.5)154.6 (± 0.5) ~0~ 0 실시예 5Example 5 160.1(±0.4)160.1 (± 0.4) ~0~ 0 실시예 6Example 6 159.2(±0.5)159.2 (± 0.5) 44 실시예 7Example 7 160.4(±0.4)160.4 (± 0.4) 66 비교예 5Comparative Example 5 147.2(±0.3)147.2 (± 0.3) NANA 비교예 6Comparative Example 6 116.5(±0.8)116.5 (± 0.8) NANA 비교예 7Comparative Example 7 ~0~ 0 NANA

NA : 측정불가NA: Measurement not possible

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 나노입자 표면의 자기조립 단분자막(SAMs)에서 소수성 작용기와 친수성 작용기의 비율이 기준을 만족하는 실시예 1 내지 7의 조성물로부터 형성된 박막은 물에 대한 접촉각이 150°를 초과하여 우수한 발수성이 구현되고 물의 미끄러짐각이 10°미만으로 자기세정능력이 우수한 것으로 확인되었다.As shown in Table 2, the thin films formed from the compositions of Examples 1 to 7 in which the ratio of the hydrophobic functional group and the hydrophilic functional group in the self-assembled monomolecular films (SAMs) on the nanoparticle surface satisfy the criterion have a contact angle of 150 ° with respect to water. It was confirmed that the excellent water repellency was exceeded and the self-cleaning ability was excellent because the slip angle of water was less than 10 °.

반면, 상기 소수성 작용기와 친수성 작용기의 비율이 기준 미달인 비교예 1 내지 7의 조성물로부터 형성된 박막은 물에 대한 접촉각이 150°를 크게 못 미쳐 발수성이 불충분하고 물의 미끄러짐각이 10°를 크게 초과하여 측정 불가능하므로 자기세정능력이 미미한 것으로 확인되었다.On the other hand, the thin films formed from the compositions of Comparative Examples 1 to 7 in which the ratio of the hydrophobic functional group and the hydrophilic functional group is less than the standard, the contact angle to water is not significantly higher than 150 °, the water repellency is insufficient, and the sliding angle of water greatly exceeds 10 °. Since it was impossible to measure, it was confirmed that the self-cleaning ability was insignificant.

2) 내구성 평가2) Durability evaluation

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4의 발수성 박막의 표면을 1분 동안 초음파 처리한 전/후 물에 대한 접촉각을 측정했다. 측정 결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.The contact angles of the water before and after the surfaces of the water-repellent thin films of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were sonicated for 1 minute. The measurement results are shown in Table 3 below.

초음파 처리 전
물에 대한 접촉각(°)
Before sonication
Contact angle to water (°)
초음파 처리 후
물에 대한 접촉각(°)
After sonication
Contact angle to water (°)
실시예 1Example 1 156.3156.3 137.8137.8 실시예 2Example 2 156.2156.2 130.2130.2 실시예 3Example 3 155.3155.3 153.6153.6

표 3에 도시된 바와 같이, 나노입자 표면의 자기조립 단분자막(SAMs)에서 소수성 작용기와 친수성 작용기의 비율이 기준을 만족하는 실시예 1 내지 3의 조성물로부터 형성된 박막은 내구성이 우수하여 초음파 처리에 의한 물리적 손상에도 발수성을 최대한 유지하는 것으로 확인되었다.As shown in Table 3, the thin films formed from the compositions of Examples 1 to 3 in which the ratio of the hydrophobic functional group to the hydrophilic functional group in the self-assembled monomolecular films (SAMs) on the nanoparticle surface satisfies the criteria are excellent in durability, resulting in ultrasonic treatment. It has been found that water repellency is maintained as much as possible despite physical damage.

3) 자기 회복능력 평가3) Evaluation of self-healing ability

실시예 3의 발수성 박막의 화학적 손상으로 인한 자기 회복능력을 확인하기 위해 UV Ozone cleaner(UVO)를 이용하여 박막에 의도적으로 손상을 주어 친수성을 개질시킨 후 150℃의 온도로 가열을 하여 다시 소수성으로 회복시키는 자기 회복과정을 10회 반복하면서 매회 박막의 물에 대한 접촉각을 측정했다. 측정결과는 도 5에 도시된 바와 같다.In order to confirm the self-healing ability due to chemical damage of the water-repellent thin film of Example 3, intentionally damage the thin film using UV Ozone cleaner (UVO), modify the hydrophilic property, and then heat it to a temperature of 150 ° C. to make it hydrophobic again. The contact angle to the water of the thin film was measured each time while repeating the self-healing process to recover 10 times. The measurement results are as shown in FIG. 5.

도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 3의 발수성 박막은 화학적 손상으로 인해 표면에 하이드록실기 또는 카르복실기와 같은 극성 그룹이 도입되어 물에 대한 접촉각이 현저히 저하된 경우에도 가열에 의해 다시 물에 대한 접촉각이 회복되는 자기 회복능력을 보유하는 것으로 확인되었다.As shown in Fig. 3, the water-repellent thin film of Example 3 is heated to water again even when the contact angle with water is significantly reduced due to the introduction of polar groups such as hydroxyl groups or carboxyl groups on the surface due to chemical damage. It was confirmed that the contact angle has a self-healing ability to recover.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.Although this specification has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims set forth below. You can do it. Therefore, if the modified implementation basically includes the components of the claims of the present invention, it should be considered that all are included in the technical scope of the present invention.

Claims (10)

발수성 박막용 조성물로서,
분산매 및 분산질을 포함하고,
상기 분산질은 금속 나노입자를 포함하고,
상기 금속 나노입자의 표면은 소수성 작용기와 친수성 작용기를 갖는 자기조립 단분자막(SAMs)이 형성되고,
상기 자기조립 단분자막은, 옥타데실포스폰산(octadecylphosphonic acid; ODPA)과 포스폰산 2-하이드록시메타크릴레이트 에스테르(Phosphoric acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester; PHME)가 상기 금속 나노입자의 표면에 배위결합함으로써 형성되거나, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥탄포스폰산(1H,1H,2H,2H-Perfluorooctanephosphonic acid; HDF-PA)과 포스폰산 2-하이드록시메타크릴레이트 에스테르(Phosphoric acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester; PHME)가 상기 금속 나노입자의 표면에 배위결합함으로써 형성되고,
상기 자기조립 단분자막이 옥타데실포스폰산(octadecylphosphonic acid; ODPA)과 포스폰산 2-하이드록시메타크릴레이트 에스테르(Phosphoric acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester; PHME)가 상기 금속 나노입자의 표면에 배위결합함으로써 형성되는 경우 상기 소수성 작용기는 탄화수소기를 포함하고, 상기 소수성 작용기와 상기 친수성 작용기의 갯수 비율은 7:3 내지 9:1이며,
상기 자기조립 단분자막이 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥탄포스폰산(1H,1H,2H,2H-Perfluorooctanephosphonic acid; HDF-PA)과 포스폰산 2-하이드록시메타크릴레이트 에스테르(Phosphoric acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester; PHME)가 상기 금속 나노입자의 표면에 배위결합함으로써 형성되는 경우 상기 소수성 작용기는 불소기를 포함하고, 상기 소수성 작용기와 상기 친수성 작용기의 갯수 비율은 5:5 내지 9:1인 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물.
A composition for a water repellent thin film,
Dispersing medium and dispersing properties,
The dispersoid includes metal nanoparticles,
On the surface of the metal nanoparticles, self-assembled monomolecular films (SAMs) having hydrophobic and hydrophilic functional groups are formed,
The self-assembled monomolecular film is formed by coordinating octadecylphosphonic acid (ODPA) and phosphonic acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester (PHME) to the surface of the metal nanoparticles. , 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanephosphonic acid (1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctanephosphonic acid; HDF-PA) and phosphonic acid 2-Hydroxyethylmethacrylate ester; PHME) is formed by coordinating the surface of the metal nanoparticles,
When the self-assembled monomolecular film is formed by coordinating octadecylphosphonic acid (ODPA) and phosphonic acid 2-hydroxymethacrylate ester (PHME) to the surface of the metal nanoparticles The hydrophobic functional group includes a hydrocarbon group, the ratio of the number of the hydrophobic functional group and the hydrophilic functional group is 7: 3 to 9: 1,
The self-assembled monolayer is 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanephosphonic acid (1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctanephosphonic acid; HDF-PA) and phosphonic acid 2-hydroxymethacrylate ester (Phosphoric acid 2 When the -Hydroxyethylmethacrylate ester (PHME) is formed by coordination bonding to the surface of the metal nanoparticles, the hydrophobic functional group includes a fluorine group, and the ratio of the number of the hydrophobic functional group and the hydrophilic functional group is 5: 5 to 9: 1. The composition for a water repellent thin film.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물.
According to claim 1,
It characterized in that it further comprises 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA), water-repellent thin film composition.
제7항에 있어서,
광개시제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물.
The method of claim 7,
Characterized in that it further comprises a photoinitiator, a composition for a water-repellent thin film.
제1항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 산화알루미늄 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 발수성 박막용 조성물.
According to claim 1,
The metal nanoparticles, characterized in that it comprises aluminum oxide nanoparticles, water repellent thin film composition.
제1항의 발수성 박막용 조성물을 기판 위에 코팅한 후 경화시켜 제조된 발수성 박막.A water-repellent thin film prepared by coating the composition for a water-repellent thin film of claim 1 on a substrate and then curing.
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