KR101064797B1 - 하드코팅제의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하드코팅제와 하드코팅필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하드코팅제의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하드코팅제와 하드코팅필름에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 터치패널용 하드코팅필름에 관한 것이다. 본 발명은 터치패널용 하드코팅필름에 요구되는 코팅의 투명도, 경도 및 내오염성을 향상시키기 위해 테트라이소프로폭사이드(TIP,tetraisopropoxide), 폴리디메틸실록산(PDMS,polydimethylsiloxane) 및 에틸아세토아세테이트(EAcAc,ethylacetoacetate)의 제1혼합용액을 메틸트리에톡시실란(MTES,methyl-triethoxysilane), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethyl orthosilicate) 및 콜로이드실리카의 제2혼합용액에 첨가하여 혼합함으로써 하드코팅제를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 하드코팅제와 하드코팅필름을 제공한다. 본 발명에 따른 하드코팅제는 소수성과 경도가 따로 조절되는 동시에, 이것들이 최적화될 수 있고 또한 이러한 하드코팅제를 이용하면 투명도가 우수한 터치패널용 하드코팅필름을 제조할 수 있다.

하드 코팅제, 하드 코팅 필름, 폴리디메틸실록산, 콜로이드실리카

Description

하드코팅제의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하드코팅제와 하드코팅필름{manufacturing method for hard-coating composition and hard-coating composition and film thereof}

본 발명은 하드코팅제의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하드코팅제와 하드코팅필름에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 터치패널용 하드코팅필름에 관한 것이다.

최근, 휴대용 정보단말기의 입력방식으로서 터치패널의 이용이 그 편리성으로 인해 급격히 증가하고 있다. 터치패널은 디스플레이 화면을 직접 손가락, 펜 등으로 건드림으로써 데이터를 입력하는 장치이다. 터치패널의 최외곽에 코팅되는 필름은 단말기에 표시되는 정보의 확인을 위해 투명성이 요구되고, 사용자의 터치와 환경적 요인으로 인한 마모에 저항하기 위해 내구성과 내마모성이 요구되며, 지문의 부착과 같은 오염을 방지하기 위해 방수, 발수, 발유의 기능이 요구된다. 따라서 터치패널용 하드코팅필름은 투명성, 소수성성질에 기반한 내오염성 그리고 내구 성, 내마모성을 위한 경도가 필수적이다.

그러나 기존의 코팅방법은 방수, 발수의 기능을 확보하기 위해 PDMS같은 소수성 첨가제를 사용하는 방법을 사용하였는데, 이는 약한 경도로 인해 외부환경에 대한 내구성이 떨어지는 단점이 있었다. 즉 소수성 첨가제를 사용하면 방수, 발수의 기능을 얻는 대신 경도가 약해져서 내구성이 떨어지는 문제점이 있는 것이다. 그러므로 소수성 첨가제를 사용하면서도 경도가 떨어지지 않고 소수성과 경도가 분리되어 조절될 수 있으며, 이 특징들이 최적의 균형을 가지도록 하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충분한 양의 소수성 첨가제를 이용하여 코팅하였을 때 코팅층이 소수성 성질을 유지하면서도 경도를 잃지 않는 것을 목적으로 한다. 그리고 코팅시 발생하는 무기침전물들이 코팅의 투명성을 저해하는 문제를 해결함으로써, 터치패널에 적합한 하드코팅제 및 하드코팅필름을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 소수성 성질과 경도가 따로 분리되어 조절됨으로써 최적의 균형을 얻고 이를 통해 터치패널용 하드코팅필름에 적합한 성질들을 얻도록 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, a)테트라이소프로폭사이드(TIP,tetraisopropoxide), 폴리디메틸실록산(PDMS,polydimethylsiloxane) 및 에틸아세토아세테이트(EAcAc,ethylacetoacetate)의 제1혼합용액을 준비하는 단계, b)메틸트리에톡시실란(MTES,methyl-triethoxysilane), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethyl orthosilicate) 및 콜로이드실리카의 제2혼합용액을 준비하는 단계, c)상기 제1혼합용액을 상기 제2혼합용액에 첨가하여 혼합하는 단계를 포함하는 하드코팅제의 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 폴리디메틸실록산은 하드코팅제 100vol%에 대해서 40~55vol% 비율로 함유되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 콜로이드실리카는 하드코팅제 100vol%에 대해서 20~35vol% 비율로 함유되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한, 상기 제조방법에 따라 제조된 하드코팅제를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 하드코팅제가 기재의 표면에 도포 되고, 열경화 된 것을 특징으로 하는 터치패널용 하드코팅필름을 제공한다.

상기와 같은 구성적 특징을 갖는 본 발명은, 소수성 성질과 코팅의 경도가 따로 분리되어 조절될 수 있고, 동시에 최적화될 수 있는 효과가 있다. 또한, 무기침전물의 생성을 억제하여 코팅이 불투명해지는 것을 막고, 코팅의 투명성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 하드코팅제는 a)TIP, PDMS 및 EAcAc의 제1혼합용액을 준비하는 단계, b)MTES, TEOS 및 콜로이드실리카의 제2혼합용액을 준비하는 단계, c)상기 제1혼합용액을 상기 제2혼합용액에 첨가하여 혼합함으로써 제조된다.

상기의 제조방법을 특징으로 하는 본 발명은 터치패널용 하드코팅필름에 적합한 투명한 하드코팅필름을 얻기 위해 TIP의 가수분해시 사용되는 촉매로써 아세트산 대신 EAcAc를 사용하는 것이 특징이다.

제1혼합용액을 제조할 때, TIP는 가수분해되어 PDMS와 혼합된다. TIP의 가수분해시, 일반적으로 아세트산이 가수분해촉매로써 사용되는데, 가수분해촉매로써 아세트산의 사용은 다량의 티타늄디옥사이드 침전을 야기시킨다. 그리고 이렇게 생성된 다량의 티타늄디옥사이드 침전물은 코팅의 투명성을 저해시키는 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 아세트산 대신 EAcAc를 사용하여 코팅의 투명성을 향상시킨 것이 특징이다.(도 5 참조)

또한 본 발명은 코팅의 경도와 소수성 성질을 최적화하기 위해, TIP, PDMS 및 EAcAc의 제1혼합용액을, MTES, TEOS 및 콜로이드실리카의 제2혼합용액으로 이루어진 졸겔매트릭스에 대한 소수성 첨가제로 조합하여 사용하는 것이 특징이다. 그리고 상기와 같은 성분들로 구성된 두 혼합용액을 조합하였을때, 본 발명이 목적으로 하는 터치패널용 하드코팅필름에 가장 적합한 하드코팅제를 얻을 수 있었다.

본 발명에 따른 하드코팅제의 기반이 되고 코팅의 기초적인 경도를 제공하는 졸겔매트릭스는 제2혼합용액으로 이루어지고, 제2혼합용액은 MTES와 TEOS의 전구체를 가수분해한 후, 20nm의 입자크기를 가지는 콜로이드실리카를 첨가함으로써 얻을 수 있었다. 그리고 가수분해시 각 성분들은, MTES:TEOS:물= 1:0.016:4.4 의 몰비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

본 발명은, 이렇게 만들어진 제2혼합용액에 상기의 구성을 가지는 제1혼합용액을 첨가함으로써 소수성 성질과 코팅의 경도가 동시에 최적화될 수 있는 우수한 특징을 가진 최종용액을 생성해 낼 수 있었다.

또한 본 발명은 터치패널용 하드코팅필름의 소수성성질을 향상시키기 위해, 하드코팅제 100vol%에 대해서 PDMS를 40~55vol% 비율로, 더 바람직하게는 50vol%의 비율로 혼합한 제1혼합용액을 소수성 첨가제로 사용하는 것이 특징이다.

일반적으로 코팅표면에 대한 소수성 성질의 평가방법으로, 해당 표면에 대해서 물의 접촉각을 측정하는 방법이 주로 사용된다. 즉, 코팅의 표면에 대한 물의 접촉각이 클수록 해당 코팅의 소수성 성질이 우수하다고 볼 수 있는 것이다. 도 2를 보면, PDMS가 하드코팅제 100vol%에 대해서 40~55vol%의 비율로 함유될 때, 코팅의 표면에 대한 물의 접촉각이 큰 것을 알 수 있고, 바람직하게는 45~50vol%로 함유될 때, 더 바람직하게는 50vol%로 함유될 때 접촉각이 가장 큰 것을 알 수 있으며, 이때의 접촉각은 140도로 최대값을 나타낸다.

또한 본 발명은 코팅의 경도를 향상시키기 위해, 제2혼합용액에 포함되는 콜로이드실리카와 제1혼합용액에 포함되는 PDMS의 바람직한 함유비율 및 하드코팅제에 대한 최적의 경화온도를 제시한다.

본 발명에 따른 하드코팅필름의 경도는 하드코팅제에 대한 경화온도가 커짐에 따라 증가한다. 왜냐하면, 온도가 증가하면 하드코팅제를 구성하는 각 혼합용액들의 응축정도가 커지고, 작은 PDMS분자들이 증발하여 PDMS의 무른상(soft phase)들의 함유비율이 감소하기 때문이다.

이에 본 발명은 하드코팅제를 250~350℃의 온도에서, 바람직하게는 300~350℃의 온도에서 경화시켰고 그 결과 터치패널용 하드코팅필름에 적합한 우수한 경도의 하드 코팅필름을 얻을 수 있었다.(도 3 참조)

제2혼합용액에 포함되는 콜로이드실리카는 졸겔매트릭스에 대한 경화용충진제로서의 역할을 한다. 따라서 하드코팅필름의 경도는 콜로이드실리카의 함유비율에 따라 크게 달라진다. 이에 본 발명은 콜로이드실리카를 하드코팅제 100vol%에 대해서 20~35vol%의 비율로, 바람직하게는 30vol%의 비율로 제2혼합용액에 포함시킴으로써 터치패널용 하드코팅필름에 적합한 우수한 경도의 하드코팅필름을 얻을 수 있었다.

제1혼합용액에 포함되는 PDMS는 본 발명의 하드코팅제에 대해 소수성첨가제의 역할을 한다. PDMS는 그 자체가 탄성중합체이기 때문에, 함유량이 높을수록 코팅의 경도는 떨어진다. 더 나아가, PDMS의 함유비율은 하드코팅필름의 경도뿐만 아니라 소수성성질과 투명성에도 큰 영향을 미치기 때문에, PDMS의 적절한 함유비율이 매우 중요하다. 이에 본 발명은 PDMS를 하드코팅제 100vol%에 대해서 가장 바람직하게 50vol%의 비율로 제1혼합용액에 포함시킴으로써, 터치패널용 하드코팅필름에 적합한 경도와 소수성 성질이 동시에 최적으로 유지되는 하드코팅필름을 얻을 수 있었다.(도 2 및 도 4 참조)

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명 을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하드코팅제의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 1을 참고하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 하드코팅제를 제조하는 과정을 설명하도록 한다.

<실시예>

1)TIP, PDMS 및 EAcAc의 제1혼합용액의 준비

PDMS는 평균분자량이 550이고 점도는 25cSt이다.

TIP용액은 1-프로판올을 용매로 사용하여 TIP와 EAcAc를 혼합하여 준비하였다. 그리고 PDMS용액은 50vol%의 PDMS를 용매인 1-프로판올에서 용해시켜서 준비하였다. TIP, PDMS 및 EAcAc의 혼합용액은 상기 TIP용액과 PDMS용액을 혼합하여 교반한 후, 초순수(DI water)를 당 혼합용액에 첨가하여 준비하였다. 이상의 성분들은 TIP:EAcAc:PDMS:물 = 1:2:2:2의 몰비율로 혼합하였다.

2)MTES, TEOS 및 콜로이드실리카의 제2혼합용액의 준비

MTES, TEOS 및 콜로이드실리카의 제2혼합용액은 MTES과 TEOS의 전구체를 가수분해한 후, 여기에 염산을 사용하여 pH4까지 산성화시킨 20나노미터의 입자크기를 가지 는 콜로이드실리카를 하드코팅제 100vol%에 대해서 30vol%로 첨가하여 준비하였다. 이상의 성분들은 MTES:TEOS:물 = 1:0.016:4.4의 몰비율로 혼합하였다.

3)하드코팅제의 준비

하드코팅제는 상기 준비한 제1혼합용액을 제2혼합용액에 첨가하여 준비하였다.

4)하드코팅필름의 생성

하드코팅필름은 상기 준비한 하드코팅제를 LVMP(low volume medium pressure )gun 이라는 에어스프레이건을 이용하여 코팅하고자 하는 기판에 코팅한 후, 80℃의 온도에서 40분 동안의 건조과정을 거친 뒤, 300℃의 온도에서 90분 동안의 경화과정을 거쳐 생성하였다.

<실험예1>

본 발명에 따른 하드코팅필름의 표면에 대한 물의 접촉각은 VCA Optima contact angle machine이라는 접촉각측정장치에 의해 측정되었다. 50마이크로리터의 물방울이 코팅의 표면에 떨어지면 접촉각측정장치의 프로그램이 물방울의 상(image)을 분석하여 접촉각을 산출해낸다.

상기의 장치로 측정한 본 발명에 따른 하드코팅필름의 표면에 대한 물의 접촉각은 도 2에 나타내었다. 최대접촉각은 140도로 매우 우수하였다.

<실험예2>

본 발명에 따른 하드코팅필름의 경도는 나노인덴테이션(Nano-indentation)으로 측정하였다. 상기의 경도측정장치들은 측정대상표본의 표면을 눌렀을 때 생기는 홈을 분석하여 표본의 경도를 측정한다.

상기의 경도측정장치들로 측정한, 경화온도의 변화에 따른 하드코팅필름의 경도변화는 도 3에 나타내었다.

본 발명에 따른 하드코팅필름의 경도는 경화온도가 커짐에 따라 증가했고, 콜로이드실리카가 30vol%의 함유비율로 포함되었을 경우에 터치패널용 하드코팅필름에 가장 적합한 크기를 보여주었다.

또한 본 발명에 따른 하드코팅필름의 경도는 PDMS의 함유비율에 의해서도 크게 달라졌는데, PDMS의 함유비율이 증가함에 따라 경도는 감소했다. 도 3과 별도로, PDMS의 함유비율에 따른 코팅의 경도변화는 도 4에 나타내었다.

본 발명에 따른 하드코팅필름의 경도는, PDMS와 콜로이드실리카를 하드코팅제 100vol%에 대해서 각각 50vol%와 30vol%의 비율로 함유한 하드코팅제를, 300℃의 온도로 경화시켰을 때, 가장 우수하였다.

본 명세서에 기재된 도면, 실시예 및 실험예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열경화성 하드코팅제의 제조방법을 나타낸 흐름도이고

도 2는 본 발명의 PDMS의 함유비율에 따른 접촉각과 표면의 거칠기를 나타낸 그래프이고

도 3은 본 발명의 경화온도에 따른 코팅의 경도를 나타낸 그래프이고

도 4는 본 발명의 PDMS의 함유비율에 따른 코팅의 경도를 나타낸 그래프이고

도 5는 본 발명의 TIP의 가수분해 촉매로써 아세트산이 아닌 EAcAc가 사용된 경우, 코팅의 투명도를 나타낸 사진이다.

Claims (5)

1. a)테트라이소프로폭사이드(TIP,tetraisopropoxide), 폴리디메틸실록산(PDMS,polydimethylsiloxane) 및 에틸아세토아세테이트(EAcAc,ethylacetoacetate)의 제1혼합용액을 준비하는 단계,

   b)메틸트리에톡시실란(MTES,methyl-triethoxysilane), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethyl orthosilicate) 및 콜로이드실리카의 제2혼합용액을 준비하는 단계,

   c)상기 제1혼합용액을 상기 제2혼합용액에 첨가하여 혼합하는 단계를 포함하는 하드코팅제의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리디메틸실록산은 하드코팅제 100vol%에 대해서 40~55vol% 비율로 함유되는 것을 특징으로 하는 하드코팅제의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 콜로이드실리카는 하드코팅제 100vol%에 대해서 20~35vol% 비율로 함유되는 것을 특징으로 하는 하드코팅제의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 하드코팅제.
5. 제4항에 기재된 하드코팅제가 기재의 표면에 도포 되고, 열경화 된 것을 특징으로 하는 터치패널용 하드코팅필름.

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