KR100384730B1 - 하드 코팅 막 형성용 코팅 액제 및 하드 코팅 막으로코팅된 기재 - Google Patents

하드 코팅 막 형성용 코팅 액제 및 하드 코팅 막으로코팅된 기재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열수성, 내후성, 내찰상성, 내마모성 및 염색성 및 기재에 대해 부착에서 뛰어나고 높은 굴절률을 지니며 포트크로미즘(photochromism)을 나타내지 않는 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체를 제공하는 것으로, 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 매트릭스-형성 성분과 1∼100㎚ 평균 입자 사이즈의 복합 금속 옥사이드 입자로 구성되고, 특정 비율로 사용되는 산화철 성분 및 산화티탄 성분 또는 특정 비율로 사용되는 산화철 성분, 산화티탄 성분 및 실리카 성분으로 구성된다. 하드 코트 필름으로 코팅된 기재는 상기 코팅 액체를 기재 표면에 도포하고 건조하여 형성된다.

Description

하드 코팅 막 형성용 코팅 액제 및 하드 코팅 막으로 코팅된 기재{Coating fluid for forming hard coating and substrates covered with hard coating}
다양한 하드 코트 필름들과 하드 코트 필름을 형성하는 방법들은 투명한 플라스틱 또는 유리와 같은 기재의 표면 위에 높은 굴절률을 지니는 하드 코트 필름을 제공하기 위해서 제안되어 왔다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 소63(1998)-247702호에는 특화된 유기실리콘 화합물 및 산화티탄 입자를 포함하는 코팅 필름을 개시하고 있다. 게다가, 일본 공개특허공보 평2(1990)-264902호에는 유기실리콘 화합물과 세륨 옥사이드(cerium oxide)와 산화티탄(titanium oxide)로 구성된 미세한 복합 금속 옥사이드 (composite metal oxide) 입자들로 구성된 하드 코트 필름을 개시하고 있다. 더 나아가서, 일본 공개특허공보 평3(1991)-68901호에는 산화티탄 미세한 입자들을 실리카 및/또는 유기실리콘 화합물로 처리하여 얻어진 미세한 입자들과 유기실리콘 화합물로 구성된 하드 코트 필름을 개시하고 있다.
그러나, 일본 공개특허공보 소63(1998)-247702호에 기술된 코팅 필름은 그들의 기후 저항성이 나쁘고, 코팅 필름은 시간이 지남에 따라 변색되고, 또한 기재에 대한 부착이 만족스럽지 않다는 단점을 지닌다. 일본 공개특허공보 평2(1990)- 264902호 및 평3(1991)-68901호에 기술된 하드 코트 필름은 그들의 기후 저항성이 일본 공개특허공보 소63(1998)-247702호에 기술된 코팅 필름에 비해 약간 개선되었을 지라도 여전히 만족스럽지 못하고, 더욱이 하드 코트 필름의 스커핑 저항성 및마찰 저항성이 나쁘다는 점에서 단점을 지닌다.
일본 공개특허공보 평3(1991)-152098호(일본 공개특허공보 평5(1993)-2102호)에서, 발명자들은 상기 문제들을 해결하기 위해서 산화티탄 및 산화철로 구성된 미세한 입자의 옥사이드 화합물 또는 산화티탄, 산화철(iron oxide) 및 실리카로 구성된 미세한 입자의 옥사이드 화합물을 포함하는 하드 코트 필름을 제안하였다. 일본 공개특허공보 평5(1993)-2102호에 기술된 하드 코트 필름에서, 산화티탄에 대한 산화철의 중량비(Fe203/TiO2)가 0.005∼1.0인 미세한 입자의 복합 금속 옥사이드는 하드 코트 필름을 형성하기 위한 성분으로 사용된다.
그러나, 일본 공개특허공보 평5(1993)-2102호에 기술된 하드 코트 필름은 기후 저항성에서 개선되었을 지라도 산화철이 원래 노란빛을 띠기 때문에 약간 노란빛으로 염색될 것이다. 더욱이, 산화철을 포함하는 상기 복합 금속 옥사이드는 광색성이라는 문제점이 있고, 그래서 복합 금속 옥사이드를 포함하는 하드 코트 필름은 예를 들어, 자외선 광(ultraviolet rays)으로 조사될 때, 하드 코트 필름의 색조 그 자체가 변화된다. 이런 컬러링(coloring)과 색조(tone)의 변화는 일반적으로 조사가 끝났을 때 중지된다. 그러나, 원 상태로의 복구는 광색성을 지니는 금속 옥사이드 필름에서 어려운 경우가 있다.
여전히, 반사 방지 멀티코트 층(antireflective multicoat layer)이 상기 하드 코트 필름 위에 형성될 때, 변색된 하드 코트 필름의 원래 색조로의 복구가 방해받는다는 문제가 발생한다.
본 발명은 선행 기술의 상기 문제점들을 해결하기 위해서 수행되었다. 따라서, 본 발명의 목적은 굴절률이 높고 투명성이 우수하며 내열수성, 내후성, 내찰상성(耐擦傷性), 내마모성 및 염색성이 우수하고 기재에 대한 밀착성이 뛰어나지만 포토크로미즘(photochromism)을 나타내지 않는 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 뛰어난 성질을 지니는 상기 하드 코트 필름이 기재 표면 위에 제공된 하드 코트 필름으로 코팅된 기재를 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명에 따른 하드 코트 필름을 형성하기 위한 첫 번째 코팅 액체는 매트릭스-형성(matrix-forming) 성분 및 복합 금속 옥사이드 입자로 구성되고, 여기서 복합 금속 옥사이드 입자는 산화철 성분과 산화티탄 성분으로 구성되고, 각각 산화철 성분을 Fe203의 중량으로 산화티탄 성분을 TiO2의 중량으로 환산하였을 때,Fe203/TiO2의 중량비는 0.0005에서 0.005 미만의 범위이며, 여기서 옥사이드 화합물 입자들은 1∼100㎚ 평균 입자 사이즈를 지닌다.
본 발명에 따른 하드 코트 필름을 형성하기 위한 두 번째 코팅 액체는 매트릭스-형성(matrix-forming) 성분 및 옥사이드 화합물(이중 옥사이드, 복합 옥사이드) 입자들로 구성되고, 여기서 복합 금속 옥사이드 입자는 산화철, 산화티탄 및 실리카로 구성되고, 각각 산화철을 Fe203의 중량으로 산화티탄을 TiO2의 중량으로 실리카를 SiO2의 중량으로 환산하였을 때, Fe203/TiO2의 중량비는 0.0005에서 0.005 미만의 범위이고, SiO2/(Fe203+ TiO2)의 중량비는 0.001∼1.0의 범위이며, 여기서 옥사이드 화합물 입자들은 1∼100㎚ 평균 입자 사이즈를 지닌다.
하드 코트 필름을 형성하기 위한 상기 첫 번째, 두 번째 코팅 액체에서, 복합 금속 옥사이드 입자들은 유기 실리콘 화합물로 개질된 표면을 지니는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 하드 코트 필름으로 코팅된 기재는 하드 코트 필름을 형성하기 위한 상기 코팅 액체를 기재 표면에 도포하여 형성된다.
하드 코트 필름으로 코팅된 이 기재는 반사 방지(antireflective) 필름으로코팅된 기재를 지닌다.
본 발명은 유리, 플라스틱 등의 기재 표면 위에 하드 코트(hard coat) 필름을 형성하기 위한 코팅 액체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 굴절률이 높고 투명성이 우수하며 내열수성, 내후성(weather resistance), 내찰상성 (scuffing resistance), 내마모성 및 염색성이 우수하고 기재에 대한 밀착성이 뛰어나지만 포토크로미즘(photochromism)을 나타내지 않는 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체에 관한 것이다.
더욱이, 본 발명은 상기 코팅 액체로부터 형성된 하드 코트 필름으로 코팅된 기재에 관한 것이다.
도 1은 반사 방지 코팅 필름으로 코팅된 하드 코트 필름의 포토크로미즘 (photochromism)을 나타낸 것이다.
본 발명에 따라 하드 코트 필름을 형성하기 첫 번째, 두 번째 코팅 액체 및 하드 코트 필름으로 코팅된 기재는 하기에 상세하게 기술될 것이다.
하드 코팅 필름을 형성하기 위한 첫 번째 코팅 액체
본 발명에 따라 하드 코트 필름을 형성하기 위한 첫 번째 코팅 액체(이하 "코팅 액체(A)"로 칭함)는 지금부터 기술될 것이다.
코팅 액체(A)는 산화철 성분 및 산화티탄 성분으로 구성된 미세한 복합 금속 옥사이드 입자들, 매트릭스-형성 성분 및 유기용매를 포함한다.
[복합 금속 산화물 입자]
산화철 성분 및 산화티탄 성분으로 구성된 미세한 복합 금속 옥사이드 입자들은 상기 옥사이드 화합물 입자들로 사용된다.
"산화철 성분 및 산화티탄 성분으로 구성된 복합 금속 옥사이드" 용어는 여기서 다음의 의미로 사용하였다:
(a) 화합적으로 결합한 산화철 및 산화티탄로 구성된 복합 금속 옥사이드,
(b) 철 및 티타늄의 옥사이드로 구성된 고용체(solid solution), 및
(c) 상기 언급된 (a)와 (b) 성분들의 혼합
상기 산화철 및 산화티탄 각각은 수화물 또는 수산화물의 형태일 것이다.
코팅 액체(A)에 포함된 옥사이드 화합물 입자들의 평균 입자 사이즈는 바람직하게 1∼100㎚의 범위이고, 더욱 바람직하게는 2∼60㎚ 이다.
평균 입자 사이즈가 100㎚를 넘는 복합 금속 옥사이드 입자들을 포함하는 코팅 액체로부터 얻어진 하드 코트 필름은 뿌옇고 불투명하다. 반면, 평균 입자 사이즈가 1㎚ 이하인 복합 금속 옥사이드 입자들을 포함하는 코팅 액체로부터 얻어진하드 코트 필름은 스커핑 저항성이 나쁘기 때문에 경도에서 만족스럽지 못할 뿐만 아니라 만족스럽지 못한 높은 굴절률을 지닌다.
코팅 액체(A)에 포함된 철/산화티탄 화합물 옥사이드 입자들에서, Fe203과 TiO2가 각각 산화철 성분인 Fe203의 중량과 산화티탄 성분인 TiO2의 중량을 나타내면 Fe203/TiO2의 중량비는 0.0005에서 0.005 미만의 범위이고, 바람직하게 0.001∼0.0045의 범위이다.
얻어진 코팅 필름의 내후성은 옥사이드 화합물의 산화철의 감소에 따라 줄어든다. 그러나, Fe203/TiO2의 중량비가 적어도 0.0005이면, 실제로 만족스러운 기후 저항성을 지니는 하드 코트 필름은 얻어질 수 있다. 게다가, 중량비가 0.005 미만일 때, 얻어진 하드 코트 필름은 노란 빛깔로 염색이 안되고, 또한 광색성을 나타내지 않는다.
상기 복합 금속 옥사이드 입자들은 유기실리콘 화합물로 개질된 표면을 지니는 입자들일 것이다. 유기실리콘 화합물을 지니는 복합 금속 옥사이드 입자들 표면의 개질은 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체 안에 복합 금속 옥사이드 입자들과 매트릭스-형성 성분들 사이의 친화도와 복합 금속 옥사이드 입자들과 용매사이의 친화도를 높일 수 있다.
일반적으로 실란 커플링제(silane coupling agents)로 알려진 유기실리콘 화합물은 상기 유기실리콘 화합물로서 사용되고, 적당한 것은 예를 들어, 매트릭스-형성 성분 및 용매의 형태를 지닌 것들 중에 선택된다. 유기 실리콘 화합물의 예들로는 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 트리메틸클로로실란, 비닐트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 또는 γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란을 포함한다.
복합 금속 옥사이드 입자들 표면의 개질은 예를 들어, 복합 금속 옥사이드 입자들을 정해진 시간동안 상기 유기실리콘 화합물을 포함하는 알코올 용매에 담그고, 그후에 용매를 제거하는 방법 또는 유기실리콘 화합물의 알코올 용매를 복합 금속 옥사이드 졸에 혼합하고, 정해진 시간 후에, 혼합 용액의 물은 분리되고 한외여과 또는 다른 방법에 의해 농축되는 방법에 의해 수행될 수 있다. 첨가된 유기 실리콘의 양은 예를 들어, 옥사이드 화합물 입자 표면에 존재하는 히드록시 그룹의 양에 따라 알맞게 결정된다.
[매트릭스-형성 성분]
하드 코트 필름을 형성하기 위한 종래의 코팅 액체에서 사용하는 매트릭스-형성 성분은 본 발명의 코팅 액체(A)의 매트릭스-형성 성분으로서 사용될 수 있다. 그들의 예들로는 가수분해 가능한 유기실리콘 화합물, 아크릴 수지, 멜라민 수지 및 폴리비닐 알코올 수지를 포함한다. 그 중에서 가수분해 가능한 유기실리콘 성분이 바람직하다.
예를 들어, 다음 일반식(Ⅰ)의 실란 화합물들은 바람직하게 가수분해 가능한 유기실리콘 화합물로서 사용된다.
Si(R1)a(R2)bX4-a-b(Ⅰ)
여기서, a와 b는 0∼2의 정수이고, R1은 알킬, 알케닐, 페닐 또는 할로겐화 탄화수소 그룹을 나타내고; R2는 에폭시, 아미노, 아미도, 멀캅토, 메타아크릴로일, 시아노, 비닐 또는 할로겐으로 핵치환된 방향족 링을 포함하는 유기 그룹을 나타내고; 및 X는 할로겐 원자 또는 알콕시, 알콕시알콕실 또는 아실옥시와 같은 가수분해 가능한 그룹을 나타낸다.
상기 식(Ⅰ)의 실란 화합물의 예들로는: 테트라메톡시실란 (tetramethoxysilane) 및 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane)과 같은 테트라작용기(tetrafunctional) 실란; 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane), γ-클로로프로필트리메톡시실란(γ-chloropropyltrimethoxysilane), γ-메타아크릴로일옥시프로필트리메톡시실란(γ-methacryloyloxy propyltrimethoxysilane), γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 (γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane), β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란(β-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane), γ-멀캅토프로필트리메톡시실란(γ-mercaptopropyltrimethoxysilane), N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란(N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilane), γ-우레이도프로필트리메톡시실란(γ-ureidopropyltrimethoxysilane), γ-시아노프로필트리메톡시실란(γ-cyanopropyltrimethoxysilane), γ-몰포리노프로필트리메톡시실란(γ-morpholinopropyltrimethoxysilane) 및 N-페닐아미노프로필트리메톡시실란(N-phenylaminopropyltrimethoxysilane)과 같은 트리작용기 실란; 및 상기 트리작용기 실란의 알콕시 그룹의 하나를 메틸, 에닐, 비닐 또는 다른 그룹으로 치환된 이중작용기 실란들(bifunctional silanes)을 포함한다.
이런 유기실리콘 화합물들은 조합하여 사용될 수 있다.
게다가, 이런 유기실리콘 화합물은 각각 그것으로서 또는 부분 또는 전체 가수분해물의 형태로 또는 부분 중축합물(polycondensate)의 형태로 사용될 수 있다.
더욱이, 상기 유기실리콘 화합물은 매트릭스-형성 화합물로서 사용될 때, 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 형성된 코팅 필름의 큐어링(curing)을 가속시키는 큐어링 촉매를 포함한다.
큐어링 촉매의 예들로는 n-부틸아민(n-butylamine), 트리에틸아민 (triethylamine) 및 구아니딘(guanidine)과 같은 아민류; 글리신(glycine)과 같은 아미노산류; 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole), 2,4-디에틸이미다졸(2,4-diethylimidazole) 및 2-페닐이미다졸(2-phenylimidazole)과 같은 이미다졸류; 알루미늄 아세틸아세토네이트(aluminum acetylacetonate), 티타늄 아세틸아세토네이트 (titanium acetylacetonate) 및 크롬 아세틸아세토네이트(chromium acetylacetonate)와 같은 금속 아세틸아세토네이트류; 초산나트륨(sodium acetate) , 아연 나프테네이트(zinc naphthenate) 및 주석 옥틸레이트(tin octylate)와 같은 유기산의 금속염; SnCl4, TiCl4및 ZnCl4와 같은 루이스산; 및 마그네슘 과염소산염(magnesium perchlorate)을 포함한다.
[유기용매]
하드 코트 필름(A)을 형성하기 위한 코팅 액체에서 사용될 수 있는 유기 용매의 예들로는 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올과 같은 알코올류; 메틸 셀로솔브(methyl cellosolve) 및 에틸 셀로솔브과 같은 셀로솔브류; 에틸렌글리콜과 같은 글리콜류; 메틸 아세테이트 및 에틸 아세테이트와 같은 에스테르류; 디에틸 에테르 및 테트라히드로퓨란과 같은 에테르류; 아세톤 및 메틸 에틸 케톤과 같은 케톤류; 디클로로에탄 같은 탄화수소류; 톨루엔 및 자일렌과 같은 방향족 탄화수소류; N,N-디메틸포름아미드와 같은 아미드류; 물 및 프레온을 포함한다. 이런 용매는 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 코팅 액체(A)는 상기 복합 금속 옥사이드 입자들, 매트릭스-형성 성분 및 유기용매를 포함한다. 코팅 액체(A)에 포함된 복합 금속 입자들의 양은 산화철의 양이 Fe203에 대하여 하나이고 산화철의 양이 TiO2에 대하여 하나이면 매트릭스의 100 중량부에 대하여, 바람직하게 20∼500 중량부이고, 더욱 바람직하게는 60∼300 중량부이다.
게다가, 코팅 액체(A)는 하드 코트 필름을 형성하기 위한 목적과 하드 코트 필름으로 코팅된 기재의 사용 등을 위해서 예를 들어, 계면활성제, 자외선 흡수재, 산화방지제, 틱소트로픽제(thixotropic agent), 안료, 염료, 정전기 방지제 및 전도성 물질을 포함한다. 코팅 액체(A)는 말레인산, 무수말레인산, 이타콘산 또는 무수이타콘산과 같은 폴리카르복실산을 포함한다. 하드 코트 필름의 염색성(dye affinity), 열 저항성, 내열수성 및 내마모성은 폴리카르복실산이 코팅 액체(A)에 첨가될 때 증가될 수 있다.
[코팅 액체(A)의 제조]
하드 코트 필름(A)을 형성하기 위한 상기 코팅 액체를 제조하는 방법을 특히 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 유기용매에 상기 옥사이드 화합물 입자와 매트릭스-형성 성분을 균일하게 분산시키거나 용해시켜 얻어질 수 있다. 물 또는 유기용매에 분산된 산화철/산화티탄 화합물의 졸은 바람직하게 옥사이드 화합물 입자들로서 사용된다.
산화철/산화티탄 화합물 옥사이드의 졸은 예를 들어 일본 공개특허공보 평2(1990)-178219호에 기재된 종래의 방법에 의해 생성될 수 있다.
산화철 및 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의 졸을 생성하는 방법은 좀더 상세하게 하기에 기술될 것이다.
(1) 첫 번째, 티타늄 화합물 및 철 화합물의 혼합물의 수용액을 가수분해하고, 그 후에 철/티타늄 복합 금속 옥사이드 가수분해물 및/또는 산화철 가수분해물 및 산화티탄 가수분해물의 혼합물을 포함하는 분산물을 얻는다.
(2) 다음에, 과산화수소는 H2O2/(Fe2O3+TiO2)의 중량비가 4∼7의 범위에 있도록 분산물에 첨가되고, 약 50℃ 또는 그 이상의 온도에서 가열되고, 그에 따라 금속 옥사이드 가수분해물을 용해시키거나 해교(deflocculate)시킨다.
(3) 이렇게 얻어진 용액은 60℃ 또는 그 이상에서, 더욱 바람직하게는 80℃또는 그 이상에서 가열되고, 그 결과 과산화수소에 용해된 화합물은 가수분해되고, 그에 따라 산화철 및 산화티탄로 구성된 복합 금속 옥사이드의 졸을 얻을 수 있다.
본 발명에 따라 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체(A)는 매트릭스-형성 성분이 용해되거나 분산된 유기용매에 산화철 및 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의 이와 같이 얻어진 졸을 균일하게 분산시켜 얻을 수 있다. 산화철 및 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의 졸은 물분산 졸(water dispersion sol) 또는 물을 치환한 유기용매에서의 분산물(organosol)의 형태로 사용될 수 있다.
앞서 언급한 유기용매의 예들은 산화철 및 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의 졸을 혼합하기 위해서나 졸 용매 치환을 위한 유기용매로서 사용될 수 있다.
하드 코팅 필름을 형성하기 위한 두 번째 코팅 액체
본 발명에 따라 하드 코트 필름을 형성하기 위한 두 번째 코팅 액체(이하 "코팅 액체(B)"로 칭함)는 지금부터 기술될 것이다.
이 코팅 액체(B)에서, 코팅 액체(A)에서 사용된 산화철 성분과 산화티탄 성분으로 구성된 복합 금속 옥사이드 입자들을 대신하여 산화철 성분, 산화티탄 성분및 실리카 성분으로 구성된 복합 금속 옥사이드 입자들이 사용된다.
[복합 금속 산화물 입자]
"산화철 성분, 산화티탄 성분 및 실리카 성분으로 구성된 복합 금속 옥사이드" 용어는 여기서 다음의 의미로 사용하였다:
(d) 화합적으로 결합한 산화철, 산화티탄 및 실리카로 구성된 복합 금속 옥사이드,
(e) 철, 티타늄 및 실리콘으로 구성된 고용체(solid solution), 및
(f) 상기 언급된 (d)와 (e) 성분들의 혼합
상기 산화철 및 산화티탄 각각은 수화물 또는 수산화물의 형태일 것이고, 실리카는 무수규산 또는 그들의 가수분해물 일 것이다.
이런 복합 금속 옥사이드 입자들의 평균 입자 사이드는 하드 코팅 액체를 형성하기 위한 코팅 액체(A)에 포함된 복합 금속 옥사이드 입자들의 평균 입자 사이즈와 같다.
코팅 액체(B)에 포함된 복합 금속 옥사이드 입자들에서, Fe203, TiO2및 SiO2가 각각 산화철 성분인 Fe203의 중량, 산화티탄 성분인 TiO2의 중량 및 SiO2를 나타내면 Fe203/TiO2의 중량비는 0.0005에서 0.005 미만의 범위이고, 바람직하게 0.001∼0.0045의 범위이고, SiO2/(Fe203+TiO2)의 중량비는 0.001∼0.1의 범위이고, 바람직하게는 0.005∼0.8의 범위이다.
실리카 성분이 복합 금속 옥사이드 입자들 안에 상기 범위로 포함될 때, 코팅 액체의 장기간 안정성과 얻어진 하드 코트 필름의 내후성은 강화될 수 있다. 그러나, SiO2/(Fe203+TiO2)의 중량비가 1.0을 넘을때, 하드 코트 필름의 굴절률은 바람직하게 못하게 낮을 수 있다. 반면, 중량비가 0.001 미만일 때, 실리카 성분이 포함된 어떤 효과를 거의 얻을 수 없다.
이런 복합 금속 옥사이드 입자들은 앞서 언급된 것과 같은 방법으로 유기 실리콘 화합물로 개질된 표면을 지닌다. 상기 언급된 것들은 유기 실리콘 화합물로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체(B)는 산화철, 산화티탄 및 실리카의 복합 금속 옥사이드의 미세한 입자들 대신에 산화철 및 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의 미세한 입자들이 사용된다는 것을 제외하고는 코팅 액체(A)와 같은 방법으로 제조된다. 코팅 액체(B)의 제조에 사용되는 산화철, 산화티탄 및 실리카의 복합 금속 옥사이드의 졸은 상기 언급된 산화철 및 산화티탄의복합 금속 옥사이드의 제조에서 수행된 것과 같이, 예를 들어 일본 공개특허공보 평2(1990)-178219호에 기재된 종래의 방법에 의해 생성될 수 있다.
하드 코트 필름으로 코팅된 기재
본 발명에 따른 하드 코트 필름으로 코팅된 기재는 하기에 기술될 것이다.
본 발명에 따라 하드 코트 필름으로 코팅된 기재는 하드 코트 필름을 형성하기 위한 상기 코팅 액체(A) 또는 (B)를 기재 표면에 도포하여 기재 표면 위에 형성된 하드 코트 필름을 지닌다.
기재로서, 유리, 플라스틱 및 다른 물질들이 사용될 수 있다. 그들의 예로는 안경 렌즈, 카메라에 사용되는 다양한 광학 렌즈 및 다른 기계들, CRT 프론트 패널, 광학 필터, 쇼윈도 케이스, 창유리, 복사기에 사용되는 콘택트 렌즈, 자동차 라이트 커버 및 다양한 자외선 스크리닝 필터들을 포함한다.
하드 코트 필름은 종래의 방법, 예를 들어 기재 표면을 담금, 스피너(spinner), 스프레이, 롤코터(roll coater), 플랙소그래픽 프린팅 (flexographic printing) 또는 다른 기술, 건조 및 큐어링 효과 때문에 기재의 열저항 온도를 초과하지 않는 온도에서 가열하여 코팅 액체(A) 또는 (B)로 코팅하는 방법에 의해 상기 기재 위에 형성될 수 있다.
본 발명에 따라 하드 코트 필름으로 코팅된 기재는 반사방지 필름으로 코팅된 하드 코트 필름을 지닐 것이다.
반사 방지 필름은 예를 들어 상기 코팅 액체를 도포, 건조 및 큐어링한 후, 서로 다른 굴절률을 지니는 다수의 성분들이 진공에 의해 하드 코트 필름 위에 교대로 얇은 판으로 덮인 종래의 방법에 의해 형성될 수 있다.
일반적으로 이렇게 하드 코트 필름으로 코팅된 기재 위에 형성된 반사 방지 필름의 두께는 0.1∼20㎛의 범위이고, 특히 1∼7㎛의 범위가 바람직하다.
발명의 효과
본 발명에 따라 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체의 사용은 플라스틱 렌즈와 같은 기재의 표면 위에 높은 굴절률을 지니는 하드 코트 필름을 형성할 수 있다.
예를 들어, 높은 굴절률을 지니는 플라스틱 기본 물질로 구성된 렌즈의 표면 위에 본 발명의 코팅 액체를 도포하여 형성된 하드 코트 필름을 지닌 플라스틱 렌즈는 플라스틱 렌즈와 하드 코트 필름 사이의 굴절률 차이 때문에 나타나는 간섭 프린지(interference fringe)가 없다. 플라스틱 렌즈 위의 하드 코트 필름은 광색성에 따른 빛 조사에 의한 변색이 없다.
게다가, 이렇게 생성된 하드 코트 필름은 기후 저항에서 뛰어나고, 높은 표면 강도를 지니어 그것에 의하여 뛰어난 스커핑 저항성 및 마찰 저항을 지닌다. 하드 코트 필름은 광색성을 지니지 않고, 그래서 빛 조사에 의해 변색되지 않는다. 또한 하드 코트 필름은 뛰어난 염색성을 지닌다. 그러므로, 하드 코트 필름은 바람직하게 안경 렌즈와 카메라 및 다른 장치에 사용되는 다양한 광학 렌즈에 사용된다. 예를 들어, 상기 코트 필름으로 코팅된 표면을 지니는 렌즈를 지닌 카메라와 다른 이미지 포착 장치는 예를 들어, 선명한 이미지를 적은 빛의 양으로도 포착할 수 있다는 점에서 하드 코트 필름으로 코팅되지 않은 표면을 지닌 렌즈를 지닌 것에 비해 장점이 있다.
여전히, 예를 들어 쇼 윈도 또는 윈도우 유리의 표면에 이런 하드 코트 필름의 형성은 뛰어난 투명도와 자외선 스크리닝 효과를 지니는 코팅된 기재를 얻을 수 있다. 그러므로, 코팅된 기재의 수명을 연장 할 뿐만 아니라 쇼 윈도 등의 내부에 위치한 아이템이 햇빛에 타는 것을 막을 수 있다.
더욱이, 예를 들어 자동차의 라이트 커버의 표면 위에 하드 코트 필름의 형성은 높은 굴절률 때문에 라이트 포커싱 정도를 감소시키는 효과가 있고, 그것에 이하여 광도를 증가시킨다.
본 발명에 따라 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 유리 기재의 표면뿐만 아니라, 예를 들어 폴리카보네이트 수지, 아크릴 수지 또는 폴리우레탄 수지로 구성된 플라스틱 기재의 표면에 도포될 수 있고, 그것에 의하여 하드 코트 필름을 형성한다. 이런 하드 코트 필름은 자외선 스크리닝에 사용하는데 적당하다.
게다가, 본 발명에 따라 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 하드 코트 필름의 형성뿐만 아니라 높은 굴절률을 가지는 렌즈에 높은 굴절률을 지닌 프라이머 층을 형성하는데 적당하다.
예를 들어, 일반적으로 플라스틱 렌즈는 충격에 매우 저항력이 있다. 그러나, 높은 굴절률을 위한 렌즈는 얇은 두께를 지니고, 그래서 그들의 충격 저항성은 나쁘다. 높은 굴절률을 지니는 렌즈는 높은 굴절률을 지니는 하드 코트 필름으로 코팅된 표면을 지니는 렌즈로 구성되고, 이 하드 코트 필름은 낮은 굴절률을 지니는 필름으로 코팅된다. 일반적으로 낮은 굴절률을 지니는 필름은 증기 부착 또는 그런 종류의 다른 것에 의해 형성된다. 낮은 굴절률을 지니는 필름의 형성은 렌즈의 충격 저항성이 급격히 감소되고 렌즈 크랙킹(cracking)을 일으켜 렌즈가 상하게 된다.
충격 저항성의 감소로 인한 렌즈의 크랙킹을 방지하기 위해서 렌즈와 하드 코트 필름 사이의 충격 흡수를 위한 프라이머 층(primer layer)을 삽입하는 것이 필요하다. 프라이머 층의 굴절률이 렌즈의 굴절률보다 낮을 때, 프라이머 층으로 인하여 빛의 간섭 프린지를 일으킬 것이다. 이 간섭 프린지를 피하기 위해서, 렌즈와 같은 높은 수준의 굴절률을 지니는 프라이머 층을 형성하는 것이 필요하다. 본 발명에 따라 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 높은 굴절률을 지니는 상기 프라이머 층을 형성하기 위한 코팅 액체로서 사용하는 것이 적당하다.
본 발명은 다음의 실시예를 통하여 설명되고, 그러한 실시예들은 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
산화철/산화티탄 화합물 옥사이드의 졸 제조
Fe203에 대하여 염화 제이철(ferric chloride) 0.2 중량부, TiO2에 대하여 사염화티탄(titanium tetrachloride) 99.8 중량부를 순수한 물에 용해시키고, 그것에 의하여 혼합물의 수용액 10,000 중량부를 얻는다. 15% 암모니아 수용액을 혼합물의 수용액에 pH가 9.0이 될 때까지 천천히 가하고, 산화철 가수분해물 및 산화티탄 가수분해물의 공침겔(co-precipitate gel)을 얻는다.
이렇게 얻어진 공침겔은 탈수되고 씻겨진다. 35% 과산화수소 1150 중량부와 순수한 물 250 중량부를 공침겔 1110 중량부에 가하고, 80℃에서 가열한다. 결과적으로, 붉은빛-갈색 용액이 얻어진다. 이 용액은 용액 안에 포함된 철 및 산화티탄의 농도가 (TiO2+Fe203)에 대하여 1.0 중량% 가 되도록 순수한 물로 희석되고, 오토클레이브에서 200℃, 9 시간동안 가열된다.
그 후에, 용액의 물은 메탄올로 치환되고, 혼합물은 (TiO2+Fe203)의 농도가 20 중량% 될 때까지 농축된다. 그렇게 하여, 11㎜의 평균 입자 사이드와 Fe203/TiO2의 중량비가 1/499를 지니는 산화철과 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의졸(sol A1)을 얻었다.
하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체의 제조
0.01N HCl 수용액의 64.2 중량부는 반응기의 온도를 10℃에서 유지하는 동안γ-글리시독시프로필트리메톡시실란(γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane) 276.1 중량부가 담겨있는 반응기 속으로 교반하며 떨러뜨리고, 그것에 의하여 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란을 가수분해한다. 에탄올 100.2 중량부와 이소프로판올 215 중량부를 결과적으로 생기는 용액에 가하고, 그것에 의하여 매트릭스-형성 성분을 얻었다.
상기 졸 A1(sol A1)의 1173.4 중량부는 매트릭스-형성 성분을 포함하는 액체로 첨가되고, 게다가 알루미늄 아세틸아세토네이트(aluminum acetylacetonate)는 그것에 첨가되었다. 결과적으로 생기는 액체는 잘 혼합되고, 그것에 의하여 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체를 얻었다.
하드 코트 필름의 형성
수지-제조 렌즈 기재(굴절률 1.60을 지니는 미츠이화학 주식회사에서 제조된 MR-6)을 몇분동안 47℃에서 13% NaOH 수용액에 담그고, 물로 잘 씻는다.
세척된 기재를 상기 코팅 용액에 담그고, 80㎜/min의 속도로 올리고, 18분 동안 90℃에서 건조되어, 큐어링 효과를 내기 위해 90분 동안 104℃에서 가열된다. 이렇게, 하드 코트 필름은 형성되었다.
반사방지 필름의 형성(멀티코트 층)
상기 방법으로 형성된 하드 코트 필름으로 코팅된 기재는 30 초동안 진공에서 200W의 출력의 아르곤 플라스마에 노출되었고, 반사방지막이 형성되도록 순차적으로 진공증발건조에 의해 SiO2, ZrO2, SiO2, ZrO2및 SiO2로 구성된 각각 5개의 얇은 필름으로 코팅된다. 이 반사방지 필름의 광학적 두께는 첫 번째 (SiO2), 네 번째 (ZrO2) 및 다섯 번째 (SiO2) 층 각각의 두께가 약 1/4λ이고, 두 번째 (ZrO2)와 세 번째 (SiO2) 층 두께의 전체가 약 1/4가 되도록 510㎚에서 파장(λ)을 디자인하여 세팅하였다.
하드 코트 필름의 성질
이렇게 얻어진 하드 코트 필름으로 코팅된 기재의 다음의 성질들을 측정하였다.
(a) 포토크로미즘
(a-1) 반사반지 코팅을 지니지 않는 하드 코트 필름
하드 코트 필름을 지닌 기재는 썬사인웨더 미터(sunshine weather meter, 슈가 테스트 기계주식회사에서 제조된)에서 200시간 동안 노출시켰다. 즉시, 그후에 그들의 외관은 컬러링의 발생을 측정하기 위해서 관찰되었다.
컬러링 관측 안됨 : 광색성 아님, 및
컬러링 관측 : 광색성의 존재
(a-2) 반사방지 코팅을 지니는 하드 코트 필름
하드 코트 필름을 지닌 기재는 썬사인웨더 미터(sunshine weather meter, 슈가 테스트 기계주식회사에서 제조된)에서 200시간 동안 노출시켰다. 그 후에, 기재를 계속 암실에 보관하는 동안 가시광선의 평균 전달(transmission)은 1분, 10분, 30분, 1시간, 3시간, 6시간, 1일, 3일 및 6일 후에 분광광도계(일본 분광기 주식회사에 의해 제조된 Ubest V-550)에 의해 측정되었다. 이렇게, 컬러링 수준은 시간의 경과에 따른 전달 변화로 측정되었다. 상기 평균 전달은 400∼780㎜ 파장범위에 대한 모든 빛 전달의 평균을 의미한다.
(b) 높은 굴절률
"o"는 하드 코트 필름의 표면의 반사 간섭 스펙트럼의 분석 결과로 얻어진 굴절률이 1.58 또는 그 이상 일 때를 나타낸다.
(c) 스커핑 저항성
하드 코트 필름이 강면으로 마모되도록 하기 위해서 강면(steel wool)은 하드 코트 필름을 지니는 1㎝ × 3㎝ 테스트 조각의 표면 위와 2 kg 짐(load) 아래에서 10번씩 왕복한다. 마모(marring) 정도는 외관상으로 다음의 단계로 측정되었다:
A : 실질적으로 마모되지 않음,
B : 약간 마모됨, 및
C : 매우 마모됨
(d) 외관
"o"는 하드 코트 필름이 매우 투명하고 그들의 컬러링이 매우 적을 때를 나타낸다.
(e) 염색성
하드 코트 필름을 지닌 기재는 세 개의 분산된 염료들, 즉 빨강, 파란 및 노란색의 분산된 염료들이 용해된 92℃ 용액에서 5분 동안 담가진다. 하드 코트 필름으로 코팅된 기재에 대해서, 550㎜ 파장에서 흡광계수는 SM 컬러 컴퓨터(슈가 테스트 기계주식회사에 의해 제조)를 이용하여 측정되었고, 다음과 같이 측정을 나타내었다:
o : 적어도 30% 흡광계수
△ : 20∼30 미만의 흡광계수
×: 20% 미만의 흡광계수
(f) 내후성(weather resistance)
하드 코트 필름으로 코팅된 기재는 웨더 미터(슈가 테스트 기계주식회사에서 제조)로 400시간 동안 가속화된 노출 테스트를 하고, 하드 코트 필름을 지닌 기재의 외관은 관찰되었다.
(f-1) 외관 : 컬러링의 발생이 관찰됨
(f-2) 부착 : 노출된 렌즈는 2 시간동안 80℃ 물에 담그고, 11개의 평형 컷(parallel cut)을 칼을 사용하여 렌즈 표면 위에 세로와 측면(lateral)에서 1㎜ 간격으로 만들어 100 메쉬(mesh)의 코팅 필름을 형성하였다. 셀로판 테이프를 그것에 붙이고 떼어버린다. 부착은 떼어지지 않고 남아 있는 코팅 필름의 메쉬의 수를 기초로 하여 다음의 두 등급으로 측정되었다:
o : 떼어지지 않고 남아있는 적어도 95 메쉬의 코팅 필름, 및
x : 떼어지지 않고 남아있는 94 또는 그 미만의 메쉬의 코팅 필름
(g) 흐림(cloudiness)
하드 코트 필름을 지닌 기재는 검정 바탕(black background)과 3-파장-타입의 빛 형광 램프(3-wavelength-type daylight fluorescent lamp) 사이에 배치되고, 빛의 형태는 하드 코트 필름을 지닌 기재를 통하여 전달되고, 바탕 위에 반사는 외관상으로 관찰된다. 흐림이 발생됨에 따라 관찰되고, o와 x의 두 등급으로 형태 정도를 나타내었다.
(h) 장-기간 안정성(long-term stability)
하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 25일 또는 45일 동안 10℃에 보관된다. 보관 후에, 하드 코트 필름은 상기 방법에서 형성되고 그들의 성질은 상기 언급된 5개의 아이템, 즉 (b) 내지 (c) 및 (g)에 대하여 측정되었다. 장-기간 안정성은 보관된 코팅 액체로부터 형성된 하드 코트 필름과 제조 후에 바로 코팅 액체로부터 형성된 하드 코트 필름 사이에 차이를 이러한 아이템에 대해서 다음 3개의 등급으로 측정되었다:
o : 모든 아이템에 대해 차이 없음,
△ : 5개 중 하나 또는 두 개에 대해 차이가 발견됨, 및
×: 3 또는 그 이상의 아이템에 대해 차이가 발견됨
그 결과는 표 1에 나타낸다. 반사 반지 코팅을 지니는 하드 코트 필름에 대해서, 시간에 따른 빛 조사 후에 평균 전달 변화는 도 1에 나타낸다.
비교실시예 1
평균 입자 사이즈 9㎚를 지니는 산화철 및 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의 졸(sol B1)은 Fe203/TiO2(감소된 중량비)가 2/98이 되도록 제이철(ferric chloride)과 사염화티탄(titanium tetrachloride)의 양이 조절되는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 제조된다.
하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 졸 B1(sol B1)이 졸 A1(sol A1) 대신에 사용되는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 제조된다. 하드 코트 필름은 코팅 액체로부터 형성되고, 실시예 1과 같은 방법으로 관찰되었다.
그 결과는 표 1과 도 1에서 나타낸다.
실시예 2
졸 A1(sol A1)의 1000 중량부는 반응기에 넣고, 63℃에서 가열된다. 비닐트리에톡시실란과 메탄올의 혼합 용액의 2000 중량부는 천천히 교반하에 그것에 첨가되었다. 첨가가 끝난 후에, 용액에 포함된 산화철과 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의 졸은 용액의 온도가 63℃에서 유지되는 동안 숙성되고, 용액은 농축된다.이렇게 하여 비닐트리에톡시실란으로 개질된 표면을 지니는 산화철/산화티탄 화합물의 옥사이드의 졸이 분산된 메탄올을 얻었다(농도: 30.5 중량%, sol A2).
하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 졸 A2(sol A2)가 졸 A1(sol A1) 대신에 사용되는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 제조된다. 하드 코트 필름과 반사방지 코팅을 지니는 하드 코트 필름은 코팅 액체로부터 형성되고, 실시예 1과 같은 방법으로 관찰되었다.
그 결과는 표 1과 도 1에서 나타낸다.
실시예 3
사전에 양이온 교환수지를 사용하여 물유리(water glass) 수용액을 탈알칼리화(dealkalizing)하여 제조된 규산 용액(SiO2에 대한 농도 : 5중량%)은 15/100의 SiO2/(Fe203+ TiO2) 중량비로 실시예 1의 산화철과 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의 졸을 제조하는 과정동안 얻어진 붉은빛-갈색 용액과 혼합되고, 여기서, Fe203,TiO2및 SiO2는 각각 산화철인 Fe203의 중량, 산화티탄인 TiO2의 중량 및 실리카인 SiO2의 중량을 나타낸다. 그후에, 혼합물은 오트클레이브에서 10시간 동안 170℃에서 가열된다.
그후에, 용액의 물은 메탄올로 대치되고, 혼합물은 (Fe203+TiO2+SiO2)의 농도가 20 중량%가 될 때까지 농축된다. 그러므로, 평균 입자 사이즈 11㎚를 지니는 산화철, 산화티탄 및 실리카의 복합 금속 옥사이드의 졸(sol C1)을 얻었다.
하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 졸 C1(sol C1)이 졸 A1(sol A1) 대신에 사용되는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 제조된다. 게다가, 하드 코트 필름과 반사방지 코팅을 지니는 하드 코트 필름은 코팅 액체로부터 형성되고, 그들의 성질은 실시예 1과 같은 방법으로 관찰되었다.
그 결과는 표 1과 도 1에서 나타낸다.
실시예 4
평균 입자 사이즈 10㎚를 지니는 산화철 및 산화티탄의 복합 금속 옥사이드의 졸(sol D1)은 Fe203/TiO2(감소된 중량비)가 1/999가 되도록 제이철(ferric chloride)과 사염화티탄(titanium tetrachloride)의 양이 조절되는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 제조된다.
하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체는 졸 D1(sol D1)이 졸 A1(sol A1) 대신에 사용되는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 제조된다. 게다가, 하드 코트 필름과 반사방지 코팅을 지니는 하드 코트 필름은 코팅 액체로부터 형성되고, 그들의 성질은 실시예 1과 같은 방법으로 관찰되었다.
그 결과는 표 1과 도 1에서 나타낸다.
졸(sol) 포토크로미즘 높은굴절률 스커핑저항성 외관 염색성 내후성 흐림(cloudiness) 안정성
Fe203/TiO2 SiO2/(Fe203+ TiO2)
컬러링 부착 25일 45일
실시예1 1/499 - 아님 o A o o 아님 o o o ×
비교예1 2/98 - 보임 o A o o 나타남 o o o ×
실시예2 1/499 - 아님 o A o o 아님 o o o
실시예3 1/499 15/100 아님 o A o o 아님 o o o o
실시예4 1/999 - 아님 o A o o 아님 o o o ×

Claims (5)

  1. 매트릭스-형성 성분과 복합 금속 옥사이드 입자를 포함하는 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액제에 있어서, 상기 복합 금속 옥사이드 입자는 산화철 성분과 산화티탄(titanium oxide) 성분으로 구성되고, 산화철 성분을 Fe203로 환산하고, 산화티탄 성분을 TiO2로 환산하였을때 Fe203/TiO2의 중량비는 0.0005에서 0.005 미만의 범위이고, 상기 옥사이드 화합물 입자들은 1∼100㎚ 범위의 평균 입자 사이즈를 지님을 특징으로 하는 하드 코트 필름 형성용 코팅 액제
  2. 매트릭스-형성 성분과 복합 금속 옥사이드 입자를 포함하는 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액제에 있어서, 상기 복합 금속 옥사이드 입자는 산화철, 산화티탄 및 실리카로 구성되고, 산화철 성분을 Fe203로 환산하고, 산화티탄 성분을 TiO2로 환산하고, 실리카를 SiO2로 환산하였을때, Fe203/TiO2의 중량비는 0.0005에서 0.005 미만의 범위이고, SiO2/(Fe203+ TiO2)의 중량비는 0.001∼1.0의 범위이며, 상기 옥사이드 화합물 입자들은 1∼100㎚ 범위의 평균 입자 사이즈를 지님을 특징으로 하는 하드 코트 필름 형성용 코팅 액제
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복합 금속 옥사이드 입자들은 유기 실리콘 화합물로 개질된 표면을 지님을 특징으로 하는 하드 코트 필름 형성용 코팅 액제
  4. 제 1항에 있어서, 하드 코트 필름을 형성하기 위한 코팅 액체를 기재 표면에 도포하여 형성된 하드 코트 필름으로 코팅된 기재
  5. 제 4항에 있어서, 상기 하드 코트 필름 표면에 반사 방지 필름을 지니는 것을 특징으로 하는 하드 코트 필름으로 코팅된 기재
KR10-2000-7006573A 1997-12-16 1998-12-14 하드 코팅 막 형성용 코팅 액제 및 하드 코팅 막으로코팅된 기재 KR100384730B1 (ko)

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