JP2014159573A - 耐摩耗性および指紋除去性に優れたコーティング組成物およびコーティングフィルム - Google Patents
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Abstract
【課題】耐摩耗性に優れるだけでなく、指紋除去性及び耐落書き性をはじめとする耐汚染性に優れるコーティングフィルムの提供。
【解決手段】UV硬化型官能基含有バインダー、フッ素系UV硬化型官能基含有化合物、光開始剤およびナノ微粒子を含むコーティング組成物。前記UV硬化型官能基含有バインダー100重量部を基準に、前記フッ素系UV硬化型官能基含有化合物の含有量は0.5〜20重量部であり、前記ナノ微粒子の含有量は0.5〜50重量部であり、前記光開始剤の含有量は1〜20重量部であるコーティング組成物。前記UV硬化型官能基含有バインダーは、(メタ)アクリレート類又はビニル類の多官能性又は単官能性のモノマー若しくはオリゴマーを含むコーティング組成物。
【選択図】なし
【解決手段】UV硬化型官能基含有バインダー、フッ素系UV硬化型官能基含有化合物、光開始剤およびナノ微粒子を含むコーティング組成物。前記UV硬化型官能基含有バインダー100重量部を基準に、前記フッ素系UV硬化型官能基含有化合物の含有量は0.5〜20重量部であり、前記ナノ微粒子の含有量は0.5〜50重量部であり、前記光開始剤の含有量は1〜20重量部であるコーティング組成物。前記UV硬化型官能基含有バインダーは、(メタ)アクリレート類又はビニル類の多官能性又は単官能性のモノマー若しくはオリゴマーを含むコーティング組成物。
【選択図】なし
Description
本発明は、コーティング組成物およびコーティングフィルムに関する。具体的には、本発明は、TV、ノートパソコン、携帯電話などのディスプレイに適用することができ、耐摩耗性に優れるだけでなく、指紋や落書きなどのオイル成分の汚染の除去が容易なコーティング組成物およびコーティングフィルムに関する。
本出願は2007年11月29日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第2007−0122640号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
各種ディスプレイの場合、指紋によって容易にイメージが歪んだり外観品質が落ちたりする問題がある。また、従来の一般の表面処理剤を使う場合、指紋のような汚染が容易に除去されずにむしろ広がる特性があるため、その深刻性は益々大きくなる。
従来、耐摩耗性と耐汚染性を付与する表面処理の実現方法として次のようなものが提案された。
第1方法は、耐摩耗コーティング液に疏水性フッ素系やシリコン系界面活性剤を導入する方法であり、コーティングおよび硬化後疏水性界面活性剤がフィルム表面に位置してフィルムに耐汚染性を付与する方法である。この場合、疏水性界面活性剤がコーティング層のバインダーと結合をしていないため、布で数百回表面をラビングした後に耐汚染特性を測定してみれば、その特性が急激に低下する短所を有している。また、耐汚染特性が満足するほどのレベルを確保するためには過量の界面活性剤を添加しなければならず、この場合、耐摩耗性が低下する短所がある。
第2方法は、2回コーティング方式により耐摩耗コーティング層上に耐汚染性を付与するコーティング層を別途に形成するものである。日本国特開平07−16940号(特許文献1)には、シリカが主成分である低反射層上にペルフルオロ基を有するアクリレートとシリカの共重合体を別途にコーティングする方法が記載されている。この方法は、フィルム表面のラビング時にも耐汚染特性が持続する効果はあるが、そのためには耐摩耗コーティング層に耐汚染層の物質と反応できる結合基があるべきであるという制約があり、2回コーティング方式で生産されることによって製造費用が上昇する問題がある。また、指紋などのオイル成分などが持続的につく場合、オイルが膜に侵入して膜特性が急激に低下する問題を改善することができない。
前述した従来技術の問題点を解決するために、本発明は、1回コーティング方式によって耐摩耗性と耐汚染性を同時に付与することができ、フィルムのラビング時にも耐摩耗性および耐汚染性の特性が持続され、指紋跡のようなオイル成分による汚染を減少させつつ容易に除去できるコーティング組成物およびコーティングフィルムを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は、UV硬化型官能基含有バインダー、フッ素系UV硬化型官能基含有化合物、光開始剤およびナノ微粒子を含むコーティング組成物を提供する。
また、本発明は、UV硬化型官能基含有バインダー、フッ素系UV硬化型官能基含有化合物、光開始剤およびナノ微粒子を含むコーティングフィルムを提供する。
また、本発明は、UV硬化型官能基含有バインダー、フッ素系UV硬化型官能基含有化合物、光開始剤およびナノ微粒子を含むコーティング組成物を基材上にコーティングするステップ、およびコーティングされたコーティング組成物を乾燥および光硬化するステップを含むコーティングフィルムの製造方法を提供する。
また、本発明は、前記コーティングフィルムを備えたディスプレイ装置を提供する。
本発明に係るコーティング組成物を用いてフィルムを形成する場合、1回コーティング方式によって耐摩耗性と耐汚染性を同時に付与することができ、フィルムのラビング時にも耐摩耗性および耐汚染性の特性が持続され、指紋跡のようなオイル成分による汚染を減少させつつ容易に除去することができる。
本発明に係るコーティング組成物は、UV硬化型官能基含有バインダー、フッ素系UV硬化型官能基含有化合物、光開始剤およびナノ微粒子を含むことを特徴とする。
前記UV硬化型官能基含有バインダーはコーティングフィルムに耐摩耗性を付与できる主要成分であり、前記フッ素系UV硬化型官能基含有化合物は指紋跡などのオイル成分による汚染を減少および除去するのに有用な成分である。また、前記ナノ微粒子は本発明に係るコーティング組成物の他の成分と共に混合された状態でフィルムに耐落書き性を付与することができる。
本発明において、前記UV硬化型官能基を有するバインダーとしては、多官能性または単官能性のモノマーまたはオリゴマーが含まれる。前記バインダーは、耐摩耗性向上のために架橋密度が高くなければならないが、コーティングフィルムの硬化収縮に応じたクラックや付着不良などの問題を伴うので適切な調節が必要である。
前記バインダーに含まれ得る官能基の種類としては、UV硬化型であれば特に限定されず、具体的には、アクリレート類、メタクリレート類、ビニル類などを用いることができる。
前記アクリレート類としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチレンプロピルトリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、エチルアクリレート、エチルヘキシルアクリレート、ブチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレートなどを用いることができる。
アクリレートオリゴマーとしてはウレタン変性アクリレートオリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー、エーテルアクリレートオリゴマーなどが好適であり、アクリレート官能基は2〜6個が好適である。この時、オリゴマーの分子量は1,000〜10,000程度が好適である。
また、前記メタクリレート類としてはトリメチルロールプロパントリメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ブタンジオールジメタクリレート、ヘキサエチルメタクリレート、ブチルメタクリレートなどが挙げられ、メタクリレート系オリゴマーを用いることができる。
前記ビニル類としてはジビニルベンゼン、スチレン、パラメチルスチレンなどが挙げられる。
本発明において、前記フッ素系UV硬化型官能基含有化合物は、指紋跡などのオイル成分による汚染を減少および除去するためにフッ素を含むべきであり、これと共にUV硬化型官能基を有するものであれば特に限定されない。
具体的には、ペルフルオロ基を含むアクリレート、メタクリレート、ビニル類などを用いることができる。この時、前記フッ素系UV硬化型官能基含有化合物はUV硬化型官能基1〜6個を有することが好ましい。具体的には、前記フッ素系UV硬化型官能基含有化合物は下記化学式1〜9で示される化合物からなる群から選択することができるが、本発明の範囲はこれらだけに限定されず、UV硬化型官能基を有しつつフッ素基を含む物質であれば適用することができる。
前記化学式1〜9において、XおよびYは各々独立にFまたはCF3であり、ZはHまたはCH3であり、a、jおよびmは各々1〜16の整数であり、c、kおよびnは各々0〜5の整数であり、b、d、e、fおよびgは各々0〜200の整数であり、hおよびiは各々0〜16の整数であり、PFPEは下記構造を有する。
前記フッ素系UV硬化型官能基含有化合物の含有量は、前記UV硬化型官能基含有バインダー100重量部当たり0.5〜20重量部が好適である。
本発明において、前記ナノ微粒子は光学的に透明であることが好ましく、光学的透明性を保障するために平均粒径が0.5〜50nmであることが好ましく、5〜30nmであることがより好ましい。粒径が大きすぎれば光学的に不透明なコーティング膜が得られ、小さすぎれば耐落書き性が低下する問題がある。ナノ微粒子の種類としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、フッ化マグネシウムなどの物質を用いることができる。また、バインダーとの相溶性および粒子の分散性を向上させるためにナノ微粒子を表面処理することができる。表面処理にはシランカップリング剤、エポキシ化合物、水酸基含有化合物、イソシアネート化合物およびその他の分散剤などが用いられる。
前記ナノ微粒子の含有量は、前記UV硬化型官能基含有バインダー100重量部当たり0.5〜50重量部が好適である。
前記光開始剤は、紫外線によって分解可能な開始剤であれば特に限定されない。具体的な例としては、α−ヒドロキシケトン類のイルガキュア127、イルガキュア184、ダロキュア1173、イルガキュア2959、α−アミノケトン類のイルガキュア369、イルガキュア379、イルガキュア907、イルガキュア1300、ベンジルジメチルケタールのイルガキュア651、モノアシルホスフィンのダロキュアTPOなどを用いることができる。光開始剤の含有量は、前記UV硬化型官能基含有バインダー100重量部当たり1〜20重量部が好ましい。
本発明に係るコーティング組成物は、前述した成分の他にコーティング性のために溶剤をさらに含むことができる。溶剤の種類や含有量は特に限定されない。アルコール、アルカン、エーテル、シクロアルカンや、この他に、芳香族有機溶剤などを用いることができ、具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチレングリコール、ジアセトンアルコール、2−エトキシエタノール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、アセチルアセトン、ジメチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、ベンゼン、キシレン、メチルアセテート、エチルアセテート、ブチルアセテート、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランなどを適用することができるが、本発明の範囲がこれらの例だけに限定されるものではない。
本発明に係るコーティング組成物は基材上にコーティングすることができる。前記基材としては特に限定されないが、プラスチックフィルムを用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、ポリエステル、トリアセチルセルロース、オレフィン共重合体およびポリメチルメタクリレートからなる群から選択された材料を含むフィルムをその例として挙げられる。
前記コーティング組成物は通常的に知られたコーティング方法により基材上にコーティングされ、その種類としては2ロールリバースコーティング、3ロールリバースコーティング、グラビアコーティング、マイクログラビアコーティング、ダイコーティング、カーテンコーティング、バーコーティング、ディップコーティングおよびフローコーティングなどが挙げられる。
前記方法によってコーティングされたフィルムは、乾燥後、紫外線照射量0.05〜2J/cm2で硬化させることが好ましく、特に窒素雰囲気下で硬化する場合、表面硬化度が上昇して指紋除去性が向上される。
前記コーティング組成物のコーティング厚さは0.5〜300μmであることが好ましく、10〜30μmであることがより好ましい。コーティング厚さが厚いほど耐摩耗性は向上するが、硬化収縮に応じてフィルムが巻かれる現象やクラックなどが発生し得る。
前述したコーティング組成物によって形成したコーティングフィルムは、耐摩耗性に優れるだけでなく、指紋除去性および耐落書き性などのような耐汚染性に優れる。本発明に係るコーティングフィルムの厚さは0.5〜300μmであることが好ましく、10〜30μmであることがより好ましい。
本発明に係るコーティングフィルムは、耐摩耗性と耐汚染性が同時に要求される用途であれば制限されることなく適用することができ、例えば、ディスプレイ装置に適用することができる。前記コーティングフィルムは、ディスプレイ装置などの対象装置の部品に直接コーティングして形成することができ、基材上に形成した後に基材と共に対象装置に適用することもできる。本発明に係るコーティングフィルムは液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ(OLED)、プラズマディスプレイおよび携帯電話ウィンドウなどに適用することができるが、本発明の範囲がこれらの例だけに限定されるものではない。
以下、本発明の理解を助けるために実施例を下記に記述するが、本発明の範囲が下記実施例の記載によって限定されるものではない。
本実施例においては、後述するように、コーティング組成物およびコーティングフィルムを製造した後、耐摩耗性、指紋除去性および耐落書き性の物性を下記のように評価した。
コーティングフィルムの耐摩耗性は鉛筆硬度で500g荷重において評価した。
コーティングフィルムの指紋除去性は次のように評価した。人工指紋液を製造し、ゴム印に指紋液をつけた。次に、前記ゴム印をコーティングフィルムの表面に押し、10分間乾燥させた。次に、ガーゼタオルで前記コーティングフィルムから指紋を取り除き、残った程度を肉眼で評価した。この時、用いた人工指紋液はJIS K 2246によって準備した。
コーティングフィルムの耐落書き性は、油性ペンで5cm程度の線を2つひいた後、極細糸無塵布でふき、肉眼でペン跡が残っているかとうかを確認した。これをペン跡が残る時まで繰り返し、その回数を記録した。
[実施例1]
UV硬化型官能基含有バインダー樹脂としてウレタン系アクリレートであるEB1290(Cytec社製)100gと、ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質(XおよびYは各々Fであり、ZはCH3であり、a、eおよびiは各々2であり、b、c、d、fおよびgは各々1であり、hは3である)5g、光開始剤イルガキュア184 5g、表面がメタクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理された平均粒径20nmのシリカ粒子10g、メチルエチルケトン100gおよびブチルアセテート100gを配合した後、十分に混合されるようにコーティング組成物を攪拌器で1時間程度攪拌した。前記方法により製造されたコーティング組成物をトリアセチルセルロースフィルム上に硬化厚さ10μmになるように2ロールリバースコーティングを行った。コーティングされたフィルムを60℃オーブンで2分間乾燥した後、中圧水銀ランプでUVエネルギが1J/cm2になるように照射し、指紋除去性を有する耐摩耗コーティングフィルムを製造した。
UV硬化型官能基含有バインダー樹脂としてウレタン系アクリレートであるEB1290(Cytec社製)100gと、ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質(XおよびYは各々Fであり、ZはCH3であり、a、eおよびiは各々2であり、b、c、d、fおよびgは各々1であり、hは3である)5g、光開始剤イルガキュア184 5g、表面がメタクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理された平均粒径20nmのシリカ粒子10g、メチルエチルケトン100gおよびブチルアセテート100gを配合した後、十分に混合されるようにコーティング組成物を攪拌器で1時間程度攪拌した。前記方法により製造されたコーティング組成物をトリアセチルセルロースフィルム上に硬化厚さ10μmになるように2ロールリバースコーティングを行った。コーティングされたフィルムを60℃オーブンで2分間乾燥した後、中圧水銀ランプでUVエネルギが1J/cm2になるように照射し、指紋除去性を有する耐摩耗コーティングフィルムを製造した。
[実施例2]
ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質の代わりに、化学式2の構造を有する物質(XはFであり、ZはCH3であり、jは4であり、kおよびnは各々2であり、mは3である)5gを用いたことを除いては、実施例1と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質の代わりに、化学式2の構造を有する物質(XはFであり、ZはCH3であり、jは4であり、kおよびnは各々2であり、mは3である)5gを用いたことを除いては、実施例1と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
[実施例3]
ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質の代わりに、化学式3の構造を有するOptool DAC(DAIKIN社製)5gを用いたことを除いては、実施例1と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質の代わりに、化学式3の構造を有するOptool DAC(DAIKIN社製)5gを用いたことを除いては、実施例1と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
[実施例4]
ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質の代わりに、化学式4の構造を有する物質(化学式4のZはCH3であり、PFPEのXおよびYは各々Fであり、a、eおよびiは各々2であり、b、c、d、fおよびgは各々1であり、hは3である)5gを用いたことを除いては、実施例1と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質の代わりに、化学式4の構造を有する物質(化学式4のZはCH3であり、PFPEのXおよびYは各々Fであり、a、eおよびiは各々2であり、b、c、d、fおよびgは各々1であり、hは3である)5gを用いたことを除いては、実施例1と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
[実施例5]
ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質の代わりに、化学式9の構造を有する物質(化学式9のZはCH3であり、PFPEのXおよびYは各々Fであり、a、eおよびiは各々2であり、b、c、d、fおよびgは各々1であり、hは3である)5gを用いたことを除いては、実施例1と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
ペルフルオロ基含有アクリレートとして化学式1の構造を有する物質の代わりに、化学式9の構造を有する物質(化学式9のZはCH3であり、PFPEのXおよびYは各々Fであり、a、eおよびiは各々2であり、b、c、d、fおよびgは各々1であり、hは3である)5gを用いたことを除いては、実施例1と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
[実施例6]
ナノ微粒子として表面処理された平均粒径20nmのシリカ粒子の代わりに平均粒径14nmのシリカ粒子10gを用い、溶剤としてブチルアセテートの代わりにメタノール100gを用いたことを除いては、実施例3と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
ナノ微粒子として表面処理された平均粒径20nmのシリカ粒子の代わりに平均粒径14nmのシリカ粒子10gを用い、溶剤としてブチルアセテートの代わりにメタノール100gを用いたことを除いては、実施例3と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
[実施例7]
ナノ微粒子として表面処理された平均粒径20nmのシリカ粒子の代わりに、平均粒径10nmのフッ化マグネシウム粒子を用いたことを除いては、実施例3と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
ナノ微粒子として表面処理された平均粒径20nmのシリカ粒子の代わりに、平均粒径10nmのフッ化マグネシウム粒子を用いたことを除いては、実施例3と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
[比較例1]
ペルフルオロ基含有アクリレートを用いないことを除いては、実施例3と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
ペルフルオロ基含有アクリレートを用いないことを除いては、実施例3と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
[比較例2]
表面処理されたシリカ粒子を用いないことを除いては、実施例3と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
表面処理されたシリカ粒子を用いないことを除いては、実施例3と同じ方法によってコーティングフィルムを製造した。
前述した方法により製造されたコーティングフィルムの鉛筆硬度、指紋除去性、耐落書き性を評価した。評価結果を下記表1に示す。
Claims (18)
- UV硬化型官能基含有バインダー、フッ素系UV硬化型官能基含有化合物、光開始剤およびナノ微粒子を含むコーティング組成物。
- 前記UV硬化型官能基含有バインダー100重量部を基準に、前記フッ素系UV硬化型官能基含有化合物の含有量は0.5〜20重量部であり、前記ナノ微粒子の含有量は0.5〜50重量部であり、前記光開始剤の含有量は1〜20重量部である、請求項1に記載のコーティング組成物。
- 前記UV硬化型官能基含有バインダーは、アクリレート類、メタクリレート類またはビニル類の多官能性または単官能性のモノマーまたはオリゴマーを含む、請求項1に記載のコーティング組成物。
- 前記フッ素系UV硬化型官能基含有化合物は、ペルフルオロ基を含むアクリレート、メタクリレートおよびビニル類からなる群から選択された化合物を含む、請求項1に記載のコーティング組成物。
- 前記ナノ微粒子は、平均粒径が0.5〜50nmである、請求項1に記載のコーティング組成物。
- 前記ナノ微粒子は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニアおよびフッ化マグネシウムからなる群から選択される、請求項1に記載のコーティング組成物。
- 前記ナノ微粒子は、シランカップリング剤、エポキシ化合物、水酸基含有化合物およびイソシアネート化合物からなる群から選択された物質を用いることにより表面処理される、請求項1に記載のコーティング組成物。
- 溶剤をさらに含む、請求項1に記載のコーティング組成物。
- 請求項1〜9のうちのいずれか一項によるコーティング組成物を用いて形成された、UV硬化型官能基含有バインダー、フッ素系UV硬化型官能基含有化合物、光開始剤およびナノ微粒子を含むコーティングフィルム。
- フィルムの厚さが0.5〜300μmである、請求項10に記載のコーティングフィルム。
- 前記コーティングフィルムの一面に基材が備えられる、請求項10に記載のコーティングフィルム。
- 請求項1〜9のうちのいずれか一項によるコーティング組成物を基材上にコーティングするステップ、およびコーティングされたコーティング組成物を乾燥および光硬化するステップを含むコーティングフィルムの製造方法。
- 前記基材は、ポリエステル、トリアセチルセルロース、オレフィン共重合体およびポリメチルメタクリレートからなる群から選択された材料から形成される、請求項13に記載のコーティングフィルムの製造方法。
- 前記コーティング時の厚さは0.5〜300μmである、請求項13に記載のコーティングフィルムの製造方法。
- 前記光硬化は、紫外線照射量0.05〜2J/cm2を用いて行う、請求項13に記載のコーティングフィルムの製造方法。
- 請求項10によるコーティングフィルムを含むディスプレイ装置。
- 前記ディスプレイ装置は、液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ(OLED)、プラズマディスプレイおよび携帯電話ウィンドウからなる群から選択される、請求項17に記載のディスプレイ装置。
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