KR100539068B1 - 헤이즈 특성이 우수한 나노복합재와 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아크릴레이트 나노복합재와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아크릴레이트 수지와 유기화 층상 실리케이트를 각각 극성 유기 용매에서 충분히 분산시켜 제조한 후 이들을 혼합하여 용액상에서 나노복합화하여 필름상으로 제조함으로써, 아크릴레이트 수지가 가지는 내열성 및 광학적 특성과 유기화 층상 실리케이트가 가지는 기계적 특성이 발현될 뿐만 아니라 기존의 층상 무기물이 분산된 고분자 수지 나노복합재와는 달리 헤이즈 특성이 우수하여 투명성이 더욱 향상된 아크릴레이트 나노복합재와 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

헤이즈 특성이 우수한 나노복합재와 그의 제조방법{Nanocomposites having good haze properties and preparing method thereof}
본 발명은 아크릴레이트 나노복합재와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아크릴레이트 수지와 유기화 층상 실리케이트를 각각 극성 유기 용매에서 충분히 분산시켜 제조한 후 이들을 혼합하여 용액상에서 나노복합화하여 필름상으로 제조함으로써, 아크릴레이트 수지가 가지는 내열성 및 광학적 특성과 유기화 층상 실리케이트가 가지는 기계적 특성이 발현될 뿐만 아니라 기존의 층상 무기물이 분산된 고분자 수지 나노복합재와는 달리 헤이즈 특성이 우수하여 투명성이 더욱 향상된 아크릴레이트 나노복합재와 그의 제조방법에 관한 것이다.
아크릴레이트 수지는 흔히 아크릴 수지로 불리우며 빛의 약 85 %를 투과할 정도로 투명하고, 내후성 및 색조합이 가능하며 어느 정도의 강성을 가진 재료인 아크릴레이트는 넓은 범위의 착색이 가능하고 광범위한 성형 기술에 의해 매력적인 성형부품을 용이하게 만들 수 있는 장점을 가지고 있는 소재이며, 또한 상대적으로 저흡수율과 독성이 없는 특징을 가지고 있다.
이러한 아크릴레이트 수지 중에서도 PMMA는 광투과성이 우수하여 광학재료로써 중요하게 사용되고 있으며, 빌딩내의 통신이나 컴퓨터의 단말통신에 사용되는 유기물의 광섬유로서 사용된다. 또한 카세트 도어, 전자레인지 등의 전자제품과 후미등, 실내등, 계기 커버 등의 자동차산업에도 이용된다. 그 외에도 간판, 광고판, 조명기구, 수족관 등 그 용도는 실로 다양하다.
현재 개발되고 있는 고분자 나노복합재 분야로는 유기고분자 재료의 기계적·열적, 기체 차단성 등을 향상시키기 위한 방법의 일환으로 유기고분자에 무기 층상 실리케이트 소재를 나노 복합화하는 방법이 다양하게 응용되고 있다. 즉, 무기 층상 실리케이트의 각각의 판상을 박리하여 고분자 매질에 균일하게 분산하여 기존 고분자의 물성을 뛰어넘는 우수한 특성의 고분자 나노 복합재를 제조하는 연구들이 많이 진행되었다. 이러한 고분자 기반 나노 복합재를 제조하는 대표적인 방법으로는 직접 중합법, 용액 혼합법, 용융 혼합법 등이 있으며, 이러한 방법들은 기존의 무기 충전제/강화제의 입자크기를 나노미터 단위까지 분산하여 기존의 무기물 충전 복합재의 단점의 보완을 목표로 한다.
나노 복합재의 개념을 적용하여 광학용으로 사용되는 재료를 설계하기 위해서는 가시광선의 파장(400 ~ 700 nm)보다 충분히 작은 충전제를 사용할 경우, 사용된 충전제는 광을 산란시키지 않게 되므로 매질로 사용된 플라스틱은 그의 투명성을 유지할 수 있을 것이다.
이러한 나노입자를 첨가하여 플라스틱의 굴절율을 조절하여 광투과성을 유지하고자 하는 방법이 개발되어 있다(C. Becker, P. Mueller, H. Schmidt; "optical and Thermomechanical Investigation on Thermoplastic Nanocomposites with Surface-Modified Silica Nanoparticle"). 상기 문헌에는 실리카, 이산화티탄 등 무기계 나노입자에 관한 내용이 주를 이루고 있다.
미국특허 제6,020,419호에는 수지계 코팅물에서 나노입자 충전제의 용도가 개시되어 있으며, 미국특허 제3,915,924호에는 공극을 충전시키기 위한 나노입자가 충전된 투명한 물질이 기술되어 있다. 또한, 미국의 코닥사가 출원한 한국공개특허 제2002-0051863호에는 나노입자 충전제를 함유하는 광학나노복합재료(Optical nanocomposite materials)에 관한 것으로 온도에 대한 굴절률 안정성이 개선된 나노복합재를 개시하고 있다.
그러나, 현재까지의 특허는 대부분 산화알루미늄 산화베릴륨, 산화마그네슘, 이산화티탄 등 무기산화물계 나노입자가 대부분이며, 층상구조를 가지는 무기물을 적용하여 광학적 특성이 우수한 플라스틱을 제조하는데는 성공하지 못하였다.
따라서, 최근 고분자 나노복합소재의 나노 충전제로서 쉽게 구할 수 있는 층상무기물을 이용한 광학용 필름 및 이들을 제조하는 방법이 요구된다.
이에 본 발명의 발명자들은 상기한 요구에 부응하기 위하여 연구 노력한 결과, 극성 유기 용매를 선택 사용하고, 여기에 유기화 층상 실리케이트와 아크릴레이트 수지를 각각 분산시킨 후 이를 용액상태에서 충분히 혼합하여 나노복합화 할 경우 헤이즈 특성이 저하되지 않음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 열적 안적성 특히 선형열팽창계수 특성과, 기계적 특성 및 광학특성이 동시에 우수한 개선된 아크릴레이트 나노복합재를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 선형열팽창계수가 작으며 헤이즈 특성이 우수한 층상 무기물계 아크릴레이트 나노복합재의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 아크릴레이트 수지 85 ~ 99.9 중량% 와 유기화 층상 실리케이트 0.1 ~ 15 중량%가 분산된 것으로 헤이즈 특성이 0.1 ~ 10 % 범위이고, 선형 열팽창 계수가 40 ppm/℃ 이하인 아크릴레이트 나노복합재를 특징으로 한다.
또한 본 발명은 고분자 나노복합막을 용액법에 의하여 제조하는 방법에 있어서, 극성 유기 용매에 아크릴레이트 수지 1 ~ 30 중량%가 분산된 용액을 제조하는 과정, 극성 유기 용매에 유기화 층상 실리케이트가 1 ~ 20 중량%가 분산된 용액을 제조하는 과정, 상기 제조된 아크릴레이트 용액과 유기화 층상 실리케이트 용액의 중량비가 85 ~ 99.9 : 0.1 ~ 15 이 되도록 혼합한 후 상온에서 100 ~ 3000 rpm 범위에서 충분히 교반하여 아크릴레이트 나노복합용액을 제조하는 과정, 및 상기 아크릴레이트 나노복합용액으로 나노복합재를 제조하는 과정을 포함하여 이루어지는 아크릴레이트 나노복합재의 제조방법을 포함한다.
이와 같은 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 아크릴레이트 수지와 유기화 층상 실리케이트를 각각 극성 유기 용매에서 충분히 분산시켜 제조한 후 이들을 혼합하여 층상 무기물의 완전한 박리(exfoliation)를 유도하여, 균일한 상태의 용액을 제조한 후 이를 기판 위에 코팅하고 건조하여 나노복합재로 제조함으로써, 아크릴레이트 수지가 가지는 내열성 및 광학적 특성과 유기화 층상 실리케이트가 가지는 기계적 특성이 발현될 뿐만 아니라 기존의 층상 무기물이 분산된 고분자 수지 나노복합체와는 달리 헤이즈 특성이 우수하여 투명성이 더욱 향상되며, 선형열팽창계수(CTE) 특성이 향상된 아크릴레이트 나노복합재와 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 아크릴레이트 수지에 유기화 층상 실리케이트를 도입하면서도 헤이즈 특성이 저하되지 않은 아크릴레이트 나노복합재를 제조하고자 함에 그 목적이 있는 발명이다.
헤이즈 현상은 빛이 투명한 재료 안을 통과할 때 재료의 종류에 따라서는 반사나 흡수 외에 그 재료의 고유 성질에 따라 광선이 확산되어 불투명한 흐림상 외관이 나타나는 현상이다. 이같이 투명한 것에 입사한 광선이 확산하는 정도를 헤이즈 혹은 운가라고 하고, 확산 투과율(Td)과 전광선 투과율(Tt)을 측정하고 그 비율(Td/Tt × 100)로 표시한다. 일반적으로 헤이즈 값이 1 이하이면 광학적으로 매우 우수한 재료이며, 3 이하이면 광학 재료로 사용할 수 있다.
이러한 헤이즈 특성은 일반적으로 고분자 매트릭스 내에 나노입자 등의 첨가제가 도입되면 저하되는데, 이는 층상 구조의 무기물이 고분자 매트릭스 내에서 완전하게 분산, 박리되지 않았기 때문이며 박리현상을 조절하지 않으면, 최종 고분자 제품의 광학적 특성의 열화가 매우 심하게 되어, 광학용 소재로의 사용은 불가능하다.
따라서 본 발명은 아크릴레이트 나노복합재를 제조함에 있어 유기화 층상 실리케이트의 효과적인 분산과 막으로 제조하기 위한 최적 조건을 찾기 위하여 용매에 따른 영향, 서로 다른 종류의 층상 실리케이트 및 서로 다른 작용기로 유기화 시킨 층상 실리케이트를 적용하여 실험함으로써 헤이즈 특성 및 선형열팽창계수 특성이 우수한 나노복합재를 제조하는 것에 그 기술적 특징이 있다.
이러한 고분자 나노 복합재료를 제조하기 위한 방법으로는 용액법, 중합법, 용융법이 이용 가능하며, 초기의 연구 개발에는 대부분 중합시에 나노입자를 첨가하는 방법을 적용하여 왔다. 상기의 경우 요구특성에 부응하는 다양한 등급의 생산에는 많은 어려움이 따른다. 상기한 방법 중 용융법에 의한 기술은 1990년부터 연구되기 시작했으며, 1990년 중반 이후 많은 연구가 진행되었고, 지속적인 연구가 추진 중이다. 그러나 용융법으로는 박리된 나노복합재를 필름형태로 코팅시키기가 쉽지 않은 바, 이에 본 발명에서는 용액법을 이용하여 아크릴레이트 나노복합재를 제조하였다.
본 발명에 따른 아크릴레이트 나노복합재를 구성하는 각 조성성분에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 사용되는 아크릴레이트 수지는 통상적으로 아크릴 수지라고도 불리우는 것으로서, 광투과성, 내후성 등이 아주 우수하여 자동차의 계기판, 램프류 및 전기전자 제품의 투명창, 식품용기, 액세서리 등에 널리 사용되고 있으며, 최근에는 디스플레이산업용 도광판 등에 사용되고 있는 고분자 수지이다.
매질로 적용되는 아크릴레이트 수지 당 분야에서 일반적으로 적용되고 있는 통상의 고분자를 사용할 수 있으며, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트 및 폴리(메틸메타크릴레이트) 등 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.
유기화 층상 실리케이트로는 스멕타이트, 카올리나이트, 마가다이트, 케냐이트, 헥토라이트 및 버미큘라이트 등 중에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 특히 유기화 층상 스멕타이트를 사용하는 것도 특히 좋다. 이는 상기 유기화 층상 스멕타이트가 가로/세로 비(aspect ratio)가 30 ~ 200 정도의 시트상 구조를 가지고 있고 이를 고분자 수지와 나노복합화 하면 선형 열팽창 계수가 줄어드는 등의 내열 특성 향상, 기체분자의 투과경로를 길게 하여 투과도가 낮아지게 됨으로써 가스배리어 특성이 우수해지는 특징을 가지고 있기 때문이다.
상기 층상 실리케이트는 탄소수 1 ~ 36개의 알킬기 또는 폴리옥시알킬렌알킬기를 가지는 알킬 유도체로 유도화 처리된 것을 사용할 수 있으며, 상기 알킬유도체는 구체적으로 트리알킬암모늄, 테트라알킬암모늄, (디알킬)(폴리옥시알킬렌알킬)암모늄, (알킬)(디폴리옥시알킬렌알킬)암모늄, (디알킬)(디폴리옥시알킬렌알킬), (알킬)(트리폴리옥시알킬렌알킬)암모늄, 및 (트리알킬)(폴리옥시알킬렌알킬)암모늄 등 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 극성 유기 용매로는 클로로포름(CHCl3), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 등 중에서 선택된 하나 이상의 극성용매를 사용한다.
상기와 같은 구성성분으로 본 발명의 아크릴레이트 나노복합막을 제조하는 방법을 구체적으로 살펴본다. 본 발명에서는 용액법에 의하여 고분자 나노복합막을 제조하는 방법을 적용한다.
먼저, 극성 유기 용매에 유기화 층상 실리케이트 1 ~ 20 중량%가 분산된 용액을 제조하고, 별도의 용기에 극성 유기 용매에 아크릴레이트 1 ~ 30 중량%가 분산된 용액을 제조한다.
이렇게 각각 제조된 용액을 용액상태 그대로 혼합하는데, 이때 상기 아크릴레이트 용액과 유기화 층상 실리케이트 용액의 중량비가 85 ~ 99.9 : 0.1 ~ 15 이 되도록 혼합한 후 상온에서 100 ~ 3000 rpm 범위에서 충분히 교반하여 아크릴레이트 나노복합용액을 제조하게 되며, 얻어진 아크릴레이트 나노복합용액을 100 ~ 110 ㎛ 두께로 유리기판 위에 코팅한 후, 실온에서 1 ~ 10 시간 동안 건조 후 승온하여 60 ~ 120 ℃의 온도에서 1 ~ 12 시간동안 가열 건조하는 가열공정을 수행함으로써 아크릴레이트 나노복합재를 제조할 수 있다.
상기한 아크릴레이트 나노복합용액으로부터 제조된 아크릴레이트 나노복합재 중에 아크릴레이트 수지는 85 ~ 99.9 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하며, 유기화 층상 실리케이트는 0.1 ~ 15 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 아크릴레이트 수지의 함량이 85 중량% 미만인 경우 즉, 층상 실리케이트를 15 중량%를 초과하여 과량 사용되는 경우 층상 실리케이트의 완전한 박리가 일어나지 않아 헤이즈 특성이 저하된다. 반면에 아크릴레이트 수지의 함량이 99.9 중량%를 초과하여 과량이 사용되면 즉, 층상 실리케이트가 0.1 중량% 미만으로 사용하는 경우에는 층상 실리케이트에 의한 효과가 발현되지 않는다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 아크릴레이트 나노복합재는 층상 실리케이트를 아크릴레이트 수지에 효과적으로 나노 수준으로 고르게 분산시킴으로써 디스플레이 산업용 광학기판, 자동차용 투명소재, 가전산업용 투명 소재 등으로 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
제조예 1 ~ 4 :
폴리(메틸메타크릴레이트)/유기화 층상 스멕타이트(STN) 나노복합용액의 제조
교반기, 적하깔대기를 부착한 500 ml의 삼구 둥근바닥 플라스크에 폴리(메틸메타크릴레이트)를 용매인 클로로포름에 용해시킨 후, 다른 250 ml의 둥근바닥플라스크에 트리옥틸메틸암모늄으로 개질된 합성 스멕타이트인 STN을 클로로포름에 교반기로 3 시간동안 분산시킨 용액을 적하깔대기를 이용하여 서서히 첨가한 후, 12 시간동안 격렬히 교반하였다. 이때 전체고체함량이 10 중량%로 조절한 폴리(메틸메타크릴레이트)/유기화 합성 스멕타이트 나노복합용액을 제조하였다.
사용된 폴리(메틸메타크릴레이트), 클로로포름, 스멕타이트 및 폴리(메틸메타크릴레이트)에 대한 트리옥틸메틸암모늄의 고체함량은 다음 표 1에 나타내었다.
제조예 5 ~ 8 :
폴리(메틸메타크릴레이트)/유기화 층상 스멕타이트(SPN) 나노복합용액의 제조
폴리옥시프로필렌메틸디에틸암모늄으로 개질된 유기화 층상 스멕타이트(SPN)를 사용하여 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 전체 고체함량이 10 중량%로 조절한 폴리메틸메타크릴레이트/유기화 합성 스멕타이트 나노복합용액을 제조하였다.
사용된 폴리(메틸메타크릴레이트), 클로로포름, 스멕타이트 및 폴리(메틸메타크릴레이트)에 대한 폴리옥시프로필렌메틸디에틸암모늄의 고체함량은 다음 표 1에 나타내었다.
구분 PMMA 용액 층상 실리케이트 용액 무기물함량(중량 %) 고체함량(중량%)
CHCl3 (g) PMMA (g) CHCl3 (g) STN (g)
제조예 1 200 30 72.7 0.3 1 10
제조예 2 120 20 65.4 0.6 3
제조예 3 120 20 69 1 5
제조예 4 200 30 94.3 2.7 9
제조예 5 180 15 56.35 0.15 1
제조예 6 100 10 52.7 0.3 3
제조예 7 100 10 54.5 0.5 5
제조예 8 180 15 67.15 1.35 9
실시예 1 ~ 8 : 폴리(메틸메타크릴레이트) 나노복합필름의 제조
상기 제조예 1 ~ 8에서 제조한 폴리(메틸메타크릴레이트) 나노복합용액을 유리판 위에 두께가 100 ~ 110 ㎛가 되도록 바-코터(bar-coater)를 이용하여 균일한 두께로 캐스팅한 뒤, 도포층을 상온에서 4 시간동안 건조하였다. 건조 후에 헤파(HEPA) 필터가 장착된 대류오븐에 넣고, 60 ℃에서 3시간, 120 ℃에서 1시간 열처리하여 폴리(메틸메타크릴레이트) 나노복합필름을 제조하였다.
비교예 1 : 폴리(메틸메타크릴레이트) 필름의 제조
교반기, 적하깔대기를 부착한 500 ml의 삼구 둥근바닥 플라스크에 폴리(메틸메타크릴레이트)(30 g)를 용매인 클로로포름(270 g)에 고체함량이 10 중량%로 용해시킨 후 유리판 위에 두께가 100 ~ 110 ㎛가 되도록 바-코터(bar-coater)를 이용하여 균일한 두께로 캐스팅한 뒤, 도포층을 상온에서 4 시간동안 건조하였다. 건조 후에 헤파(HEPA) 필터가 장착된 대류오븐에 넣고, 60 ℃에서 3시간, 120 ℃에서 1시간 열처리하여 폴리(메틸메타크릴레이트) 필름을 제조하였다.
비교예 2 : 용융혼합법에 의한 폴리(메틸메타크릴레이트) 나노복합필름의 제조
폴리(메틸메타크릴레이트)(50 g)와 고체함량 5 중량%(2.5 g)로 유기화 층상 스멕타이트를 혼합한 뒤 롤러브레이드(Roller blade)가 장착된 하케믹서(Haake mixer)에 넣고 혼합형태로는 레오믹스(Rheomix 600)를 이용하여 용융혼합온도 210 ℃에서 10 분 동안 60 RPM으로 제조하였다. 이어서 210 ℃의 핫프레스(Hot press)내의 폴리이미드 필름이 부착된 상판 및 하판 사이에 5 g의 폴리(메틸메타크릴레이트)를 위치시키고 12,000 pound/in2의 압력으로 8분간 유지하여 두께 100 ~ 150 ㎛의 폴리(메틸메타크릴레이트) 나노복합필름을 얻었다.
실험예
상기 실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 나노복합필름을 사용하여 필름의 % 헤이즈 및 전광선 투과도(TT)는 Nippon Denshoku 300A 를 이용하여 투명 플라스틱의 헤이즈 및 발광 투과성에 대한 ASTM D 1003 표준 시험 방법에 따라 측정하였다. 나노복합필름의 440 nm에서의 투과도는 Sinco사의 UV-Vis Spectrometer를 이용하였고, 선형열팽창계수는 TA Instruments 사의 Q400 Thermomechanical Analyzer(TMA)로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
구분 헤이즈(%) 전투과도 (400~700㎚, %) 투과도(440nm,%) CTE(ppm/℃)
비교예 1(PMMA-0) 0.52 88.81 91.8 46.6
비교예 2(PMMA-5) 21.6 76.68 65.3 41.5
실시예 1 3.31 88.71 89.5 39.9
실시예 2 6.32 88.39 84.6 39.0
실시예 3 8.80 87.83 81.5 35.7
실시예 4 9.20 87.19 76.7 28.1
실시예 5 0.48 88.89 91.6 39.1
실시예 6 1.75 87.78 89.2 37.2
실시예 7 2.97 88.23 88.6 32.6
실시예 8 3.84 88.33 87.6 28.5
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 ~ 8에 따라 제조된 본 발명의 폴리(메틸메타크릴레이트) 나노복합필름은 비교예 1에 따라 제시된 순수한 폴리(메틸메타크릴레이트) 필름에 비해 선형열팽창계수의 감소효과가 최대 38 %에 이름을 확인할 수 있으며, 유기화 층상 스멕타이트의 함량이 증가할수록 선형열팽창계수는 더욱 감소되는 경향을 나타내었다.
상기와 같이 본 발명의 아크릴레이트 나노복합재는 알킬 유도체로 유기화 처리된 층상 실리케이트를 사용함으로써 헤이즈 특성과 선형열팽창계수가 향상됨을 알 수 있으며, 특히 분자 내에 극성기를 포함하여 상용성이 우수한 (디알킬)(폴리옥시알킬렌알킬)암모늄으로 유기화 처리된 층상 실리케이트를 사용하는 경우에는 상기한 헤이즈 특성, 투과도 및 선형열팽창계수 등의 열적특성이 보다 향상됨을 알 수 있다.
즉, 폴리(메틸메타크릴레이트)와 보다 상용성이 우수한 유기화 층상 스멕타이트인 폴리옥시프로필렌메틸디에틸암모늄으로 유기화 처리된 유기화 층상 스멕타이트인 SPN를 사용한 실시예 5 ~ 8의 경우 헤이즈 값이 보다 감소하며, 유기화 층상 실리케이트 사용량이 5 중량%까지는 광학용 소재로서 사용가능한 2.97의 값을 가지는 나노복합재를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명에서 적용한 적절한 용매를 사용한 용액법이 유기화 층상 실리케이트의 균일한 분산에 매우 효과적이므로, 용융혼합법에 의한 비교예 2와 비교할 경우 실시예 1 ~ 8의 헤이즈 특성이 보다 우수함을 알 수 있다.
또한, 첨부도면 도 1에는 유기화 층상 실리케이트(SPN)를 포함하는 폴리메틸메타크릴레이트 나노복합필름에 대한 X-선 회절 패턴을 나타내었다. X-선 회절도 상에서 유기화 층상 실리케이트에서 유래하는 특성 피크를 관찰할 수 없었는 바, 이로써 폴리(메틸메타크릴레이트) 매질 내에서 유기화 층상 스멕타이트가 효과적으로 박리, 분산되어 있음을 확인할 수 있었다.
도 2 에는 5 중량%의 유기화 층상 실리케이트를 포함한, 폴리(메틸메타크릴레이트) 나노복합필름(실시예 3)에 대한 투과전자현미경 사진을 나타내었다. 그 결과 역시 유기화 층상 스멕타이트의 박리를 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 투명 광학용 플라스틱 소재로 통상적으로 사용되어온 아크릴레이트 수지는 우수한 광학적 성질을 가지나 나노복합화시 헤이즈 특성의 열화가 일어나며, 비정질고분자로서 열팽창계수가 상대적으로 큰 단점을 가지고 있다. 그러나, 본 발명에 따른 아크릴레이트 나노복합재는 유기화 층상 살리케이트의 고른 분포로 인하여 아크릴레이트 수지 본연의 특성인 투명성을 유지할 뿐 아니라 선형열팽창 특성도 크게 향상됨을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 아크릴레이트 나노복합재는 도광판 등의 디스플레이용 광학기판, 전자제품 및 자동차산업 등과 간판, 광고판, 조명기구 등으로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 ~ 4 에서 제조된 폴리(메틸메타크릴레이트) 나노복합재의 X-선회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 폴리(메틸메타크릴레이트) 나노복합재의 투과전자현미경 사진을 나타낸다.

Claims (5)

  1. 아크릴레이트 수지 85 ~ 99.9 중량% 와 유기화 층상 실리케이트 0.1 ~ 15 중량%가 분산된 것으로 헤이즈 특성이 0.1 ~ 10 % 범위이고, 선형 열팽창 계수가 40 ppm/℃ 이하인 아크릴레이트 나노복합재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 층상 실리케이트는 유기화 처리된 스멕타이트, 카올리나이트, 마가다이트, 케냐이트, 헥토라이트 및 버미큘라이트로부터 선택된 것을 특징으로 하는 아크릴레이트 나노복합재.
  3. 고분자 나노복합재를 용액법에 의하여 제조하는 방법에 있어서,
    극성 유기 용매에 아크릴레이트 수지 1 ~ 30 중량%가 분산된 용액을 제조하는 과정,
    극성 유기 용매에 유기화 층상 실리케이트가 1 ~ 20 중량%가 분산된 용액을 제조하는 과정,
    상기 제조된 아크릴레이트 용액과 유기화 층상 실리케이트 용액의 중량비가 85 ~ 99.9 : 0.1 ~ 15 이 되도록 혼합한 후 상온에서 100 ~ 3000 rpm 범위에서 충분히 교반하여 아크릴레이트 나노복합용액을 제조하는 과정, 및
    상기 아크릴레이트 나노복합용액으로 나노복합재를 제조하는 과정을
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아크릴레이트 나노복합재의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 층상 실리케이트는 스멕타이트, 카올리나이트, 마가다이트, 케냐이트, 헥토라이트 및 버미큘라이트 또는 이들의 유기화 처리된 층상 실리케이트중에서 선택된 것을 특징으로 하는 아크릴레이트 나노복합재의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 극성 유기 용매는 클로로포름, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드 및 디메틸포름아미드 중에서 선택된 하나 이상의 극성용매인 것을 특징으로 하는 아크릴레이트 나노복합재의 제조방법.
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WO2011083893A1 (ko) * 2010-01-08 2011-07-14 Park Jaejun 전기장 분산을 이용한 절연용 고분자-유기화 층상 실리케이트 나노콤포지트 제조방법 및 이로부터 제조된 나노콤포지트

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