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MTMS와 TMES로부터 제조된 코팅 도막의 발수성에 미치는 촉매와 용매 종류의 영향
Effects of Types of Catalysts and Solvents on the Water Repellency of Coating Films Prepared from MTMS and TMES 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.57 no.6, 2019년, pp.749 - 757  

김동구 (건양대학교 의료신소재학과) ,  이병화 (대흥화학공업(주) 기술연구소) ,  송기창 (건양대학교 의료신소재학과)

초록
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Methyltrimethoxysilane (MTMS)과 trimethylethoxysilane (TMES)을 출발물질로 사용하여 여러 종류의 용매에 용해시킨 후 다양한 종류의 촉매를 사용해 물과의 가수분해 및 중축합반응을 진행시켜 비불소계 발수 코팅 용액을 제조하였다. 또한 이 코팅 용액을 냉연 강판 위에 스핀 코팅하고 열 경화시켜 발수 코팅 도막을 제조 하였다. 이 과정 중 촉매와 용매의 종류 변화가 생성된 코팅 도막의 발수성에 미치는 영향을 연구하였다. 강산인 염산질산을 촉매로 사용한 경우에는 용액 내에 siloxane polymer들의 응집이 발생한 흰색의 불투명 상태를 나타냈다. 반면에 약산인 아세트산, 인산과 옥살산을 사용한 경우에는 투명하고 침전이 없는 안정한 용액 상태를 보였다. 이로 인해 강산인 염산과 질산을 사용한 경우의 코팅 도막의 접촉각은 각각 $58^{\circ}$$92^{\circ}$로 낮은 발수성을 보인 반면에 약산인 아세트산, 인산과 옥살산으로 제조된 경우에는 각각 $101^{\circ}$, $103^{\circ}$, $116^{\circ}$의 접촉각을 보여 높은 발수성을 나타내었다. 또한 이소프로판올과 에탄올을 용매로 사용한 경우에는 용액 내에서 siloxane polymer들의 응집이 일어나 불투명한 침전이 발생한 상분리 현상을 보인 반면 메탄올, 에틸아세테이트와 메틸에틸케톤을 용매로 사용한 경우에는 투명하고 침전이 없는 안정된 상태를 나타내었다.

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Methyltrimethoxysilane (MTMS) and trimethylethoxysilane (TMES) as starting materials were dissolved in various types of solvents, and hydrolysis with water and polycondensation reaction were carried out using various types of catalysts to prepare non-fluorinated water-repellent coating solutions. Th...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 2(c)와 같이 메틸기(-CH3)로 end-capping된 발수성 siloxane polymer가 형성되게 된다[2]. 본 연구에서는 위의 발수성 siloxane polymer의 합성 과정 중 촉매의 종류가 코팅 도막의 물성에 미치는 영향을 살펴보았다.
  • 본 연구에서는 환경 유해를 최소화하는 비불소계 발수제를 제조하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 실리콘계 화합물인 3개의 메톡시기를 갖는 MTMS와 3개의 메틸기를 갖는 TMES를 출발물질로 사용하였다.
  • 이 용액을 냉연강판 위에 스핀 코팅하고 열처리하여 발수 코팅 도막을 제조 하였다. 이 과정 중 MTMS/TEOS의 몰 비, 물 농도 및 암모니아 농도가 코팅 도막의 발수성에 미치는 영향을 연구하였다. 또한 Park 등은[6] 출발물질로서 TEOS와 chlorotrimethylsilane (CTMS)을 사용하여 물과의 가수분해 및 중축합 반응에 의해 발수 코팅 용액을 합성하였다.
  • 이 코팅 용액을 냉연 강판 위에 스핀 코팅하고 열 경화시켜 발수 코팅 도막을 제조 하였다. 이 과정 중 코팅 도막의 소수성에 미치는 TMES/MTMS의 몰 비 영향을 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
냉연강판은 주요 용도에 따라 어떻게 분류되는가? 주요 용도로는 일반용, 가공용, 고가공용으로 분류된다. 일반용 제품은 굴곡가공 및 간단한 가공용에 적합한 경제적인 냉연강판으로 자동차 부품, 가전기구, 드럼, 파이프, 건축 및 토목자재, 농기구, 사무용품 및 여러 종류의 도장용 원판 소재로 널리 이용된다.
냉연강판이란 무엇인가? 냉연강판은 냉각 압연된 코일의 표면 오염을 제거한 후 600~850 o C 로 가열, 유지하여 조질 압연 공정을 통해 형상개선을 한 제품으로 표면이 미려하고 가공성이 우수한 소재이다[1]. 뛰어난 가공성과 우수한 기계적 성질을 갖췄지만 붉은 녹이 쉽게 발생하여 도금이나 도장, 화학처리와 같은 표면처리를 통해 사용되는 기초 철강재이다.
가공용 제품은 어떤 용도로 이용되는가? 일반용 제품은 굴곡가공 및 간단한 가공용에 적합한 경제적인 냉연강판으로 자동차 부품, 가전기구, 드럼, 파이프, 건축 및 토목자재, 농기구, 사무용품 및 여러 종류의 도장용 원판 소재로 널리 이용된다. 가공용 제품은 일반용 냉연강판보다 가공성이 우수한 용도에 적합하며 자동차 부품, 음향기기, 난방기구 등에 이용된다. 또한 고가공용 제품은 성형이 복잡하고 가공도가 심한 부품에 사용되며 주로 자동차부 품의 패널, 리어 펜더 등에 이용된다[1].
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참고문헌 (10)

  1. Park, K. C., "Leveling of Aged Low Carbon Steel Sheets In Order To Prevent Shape Defects After Stamping," Transactions of Materials Processing, 24(4), 241-247(2015). 

  2. Kim, D. G., Lee, B. H. and Song, K. C., "Preparation of Non-Fluorinated Water Repellent Coating Films Using Methyltrimethoxysilane and Trimethylethoxysilane," Korean Chem. Eng. Res., 57(2), 177-184(2019). 

  3. Lv, C., Wang, H., Liu, Z., Wang, C., Li, H., Zhao, Y. and Zhu, Y., "A Fluorine-free Superhydrophobic PPS Composite Coating with High Thermal Stability, Wear Resistance, Corrosion Resistance," Progress in Organic Coatings, 110, 47-54(2017). 

  4. Kim, T. K., Kang, H. J. and Park, J. H., "Synthesis of Non-fluorinated Polystearyl Methacrylate Water Repellent and Its Properties on Textile Fibers," Textile Coloration and Finishing, 29(2), 55-61(2017). 

  5. Kim, D. G., Lee, B. W. and Song, K. C., "Preparation of Water-Repellent Coating Solution from Tetraethoxysilane and Methyltriethoxysilane by Sol-Gel Method," Korean Chem. Eng. Res., 56(3), 327-334(2018). 

  6. Park, J. H., Lee, B. W. and Song, K. C., "Preparation of Water-Repellent Coating Films from Tetraethoxysilane and Chlorotrimethylsilane on PMMA Substrates," Korean Chem. Eng. Res., 57(1), 124-132(2019). 

  7. ASTM D 3359, "Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test," ASTM International, 927-929(1997). 

  8. Kuo, C. F. J., Chen, J. B., Shih, C. Y. and Huang, C. Y., "Silicon Resin Synthesized by Tetraethoxysilane and Chlorotrimethylsilane Through Hydrolysis-Condensation Reaction," J. Appl. Polym. Sci., 131(11), 40317(2014). 

  9. Malay, O., Yilgor, I. and Menceloglu, Y. Z., "Effects of Solvent on TEOS Hydrolysis Kinetics and Silica Particle Size Under Basic Conditions," J. Sol-Gel Sci. Technol., 67(2), 351-361(2013). 

  10. http://www.clearcoproducts.com/pdf/library/Solubility1.pdf. 

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