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불소계면활성제

Fluorosurfactant

불소 계면활성제를 수계 및 비수계 시스템에 첨가시 약 20 dynes / cm 이하로 급격하게 표면에너지를 낮추어 주며, 탄화수소계 계면활성제 (Hydrocarbon Surfactant)는 약 30 dyne / cm 정도의 표면장력을 또한 실리콘계 계면활성제 (Silicon Surfactant)는 약 25 dyne / cm 대의 표면장력 저하 특성을 가집니다.

불소 계면활성제의 또 하나의 특성은 미량의 사용으로 우수한 표면장력의 저하를 이룰 수 있다는 것 입니다.
또 불소 계면활성제는 낮은 계면장력을 제공합니다.

불소계면활성제는 표면 근처에 다량으로 존재하기 쉬워 용매의 증발속도를 조절하고 우수한 균일도막 특성(레벨링)을 얻는 효과가 있습니다. 이러한 효과는 올리고머계 계면활성제에서 더욱 두드러지며 분자량, 매트릭스 수지와의 상용성 및 첨가제의 양에 따라 달라집니다.

낮은 계면장력(Lower Interfacial Surface Tension)은 수용성코팅시 안료(Pigment)나 고분자레진(Polymer resins)의 안정화에 매우 중요한 요건입니다.

불소계 계면활성제는

표면장력을 급격하게 떨어뜨리는 역할을 하며
페인트 및 코팅제가 표면의 오염을 극복 할 수 있도록 하며
수용성 및 용제 시스템에 모두 적용 가능합니다. 이는 불소계 계면활성제를 적용함으로 인하여 상기에 언급한 모든 문제점들이 쉽게 해결 될 있음을 의미 합니다.

더욱 중요한 사실은, 불소계 계면활성제는 건조과정 전체에 걸쳐 성능이 그대로 유지되며 이는 더욱 더 깨끗하고 평활한 표면 및 고광택 코팅을 가능하게 해 줍니다.

불소계면활성제는 페인트 및 코팅, 특히 VOC가 낮거나 없는 화학 물질로 배합된 배합을 단순화하는 다기능 첨가제로 사용됩니다.

웨팅
레벨링
Penetrate
포밍 제어
화학적 안정성
열 안정성
표면장력 대폭 감소

웨팅(Wetting)

웨팅은 액체가 고체 표면 위에 넓게 퍼지는 현상으로, 표면장력과 계면장력에 의해 결정됩니다.

좋은 웨팅: 액체가 표면에 넓게 퍼져 고르게 도포됨
나쁜 웨팅(De-wetting): 액체가 뭉쳐 방울을 이루며 퍼지지 않음

불소계면활성제를 첨가했을 때의 웨팅 특성 개선

불소계면활성제(Fluorosurfactant)는 매우 낮은 표면장력을 가지므로, 소량만 첨가해도 웨팅 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다.

불소계면활성제의 작용 메커니즘

고체-액체-기체 간 계면장력을 감소시켜 접촉각을 줄임
액체가 표면 위에 더 넓게 퍼질 수 있도록 하여 균일한 코팅과 접착력 확보
난코팅성 표면(예: PE, PP, PTFE 등)에도 웨팅 향상 효과가 있음

레벨링(Leveling)

레벨링이 중요한 이유

도장, 인쇄, 코팅 품질 향상
흐름 자국(flow mark), 브러시 자국, 얼룩 방지
광택/투명도/색상 균일성 확보
전자소자, 광학 필름 등에서 두께 제어 및 표면 평탄도 향상

불소계면활성제와 레벨링의 관계

불소계면활성제는 표면장력을 낮춰줄 뿐 아니라, 표면 위에서의 흐름성을 개선하여 레벨링 향상에도 기여합니다.

불소계면활성제의 역할

도포된 액체의 퍼짐성과 유동성 개선
고점도 시스템에서도 자연스러운 표면 평탄화 유도
모서리 수축(edge retreat) 현상 방지 → 코팅 가장자리까지 균일한 두께 유지
도포 불균일 문제 해결 → 미세패턴이나 정밀 필름에도 적합

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Cratering & Pinholes 개선 효과 (by Fluorosurfactant)

Cratering (크레이터링)란?

코팅면에 생기는 작고 동그란 분화구 모양의 결함
주로 오염물, 기포, 유분, 미세먼지 등이 원인이며, 도포 중 표면장력 차이로 발생
광택 저하, 내후성 저하, 외관 불량 등을 유발함

Pinholes (핀홀)란?

코팅이나 필름 표면에 매우 작은 구멍이 생기는 현상
기포 파열, 용제 증발, 기재 표면의 습기 등으로 발생
방수성, 전기절연성 등 기능 저하 우려

불소계면활성제를 활용하면 코팅 품질이 향상되고, Cratering과 Pinholes 같은 표면 결함을 효과적으로 억제할 수 있습니다. 이는 자동차 도장, 전자소재 필름, 잉크젯 프린팅, 광학 코팅 등 고품질 마감이 요구되는 분야에서 특히 유용합니다.

계면활성제의 화학구조상 변질적인 특징은 극성 또는 친매성이 크게 다른 적어도 2종 이상의 작용부분으로 이루어져, 한 분자내에 친수성 부분(hydrophilic part)과 소수성 부분(hydrophobic part)이 공존 되어 표면(surface) 또는 계면(interface)에 흡착(adsorp-tion)하여 표면 또는 계면의 성질을 극단적으로 변화시킨다.

계면활성제의 성능 즉 표면장력을 떨어뜨리는 능력은 소수성(HLB 값)의 세기로 나타내며,

불소(Fluorocarbon) > 실리콘 (Poly(dimethylsiloxane) groups) > 탄화수소 (Fatty hydrocarbon groups) 순으로 차이가 납니다.

탄화수소계 또는 실리콘계 계면활성제에 비해 불소계면활성제는 표면 장력을 훨씬 더 낮춥니다. 불소계면활성제가 첨가된 용액은 낮은 표면 장력(γL)으로 인해 우수한 웨팅성을 달성합니다.

FC vs. HC 계면활성제

불소 계면활성제

탄화수소 계면활성제

	Fluorochemical 불소계	Silicon 실리콘계	Hydrocarbon 탄화수소계
성능 (dynes/cm)	16-20	20-25	> 25
효율성 (use level. wt.)%	0.01~0.30	0.10 ~ 0.50	0.50 ~ 5.0
안정성 : Strong acid/Alkaline Oxidizing Media Thermal	Excellent Excellent Excellent	Medium Poor Medium	Poor Poor Medium
상대 구매 가격	About 50~100	About 10-50	1
사용당 상대적 비용	1~2	1~2	1

불소계면활성제는 건축용 코팅, 잉크, 페인트, 접착제, 코크, 고형분 코팅, 수용성 코팅, 방사선 경화 코팅 및 기타 산업용 코팅을 포함한 다양한 응용 분야에서 유동 및 레벨링제로 사용될 수 있습니다.
불소계면활성제는 수성 및 용제 기반 코팅 제제 모두에 사용할 수 있으며 특정 응용 분야에서 먼지 흡입 저항성과 얼룩 저항성에 대한 이점을 제공할 수 있습니다.
불소계면활성제의 권장 사용 수준은 활성 계면활성제 기준으로 0.05%~0.3%입니다. 그러나 사용 수준은 제형 내 기타 첨가제 및 용매의 적용 및 농도에 따라 달라질 수 있습니다.