상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 불소계 아크릴레이트 함유 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 내오염성이 우수한 하드 코팅액 조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 하드 코팅액 조성물은 불소계 아크릴레이트 함유 고분자를 포함 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 상기 불소계 아크릴레이트 함유 고분자는
a) 하이드록시프로필 메타아크릴레이트 또는 하이드록시에틸 메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 및 불소계 아크릴레이트를 중합반응시켜 제조되는 불소계 아크릴레이트 함유 폴리올 및 b) 이소시아네이트계 화합물 및 하이드록시프로필 메타아크릴레이트를 반응시켜 제조되는 이소시아네이트 반응물을 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 불소계 아크릴레이트 함유 폴리올 제조시 사용되는 불소계 모노머는 1H,1H-퍼플루오로-n-옥틸아크릴레이트(1H,1H-perfluoro-n-octylacrylate), 1H,1H, 5H-옥타플루오로펜틸 아크릴레이트(1H,1H,5H-octafluoropentyl acrylate), 1H,1H,9H-헥사데카플루오로노닐 아크릴레이트(1H, 1H, 9H-hexadecafluorononyl acrylate), 2-(퍼플루오로부틸)에틸 아크릴레이트(2-(perfluorobutyl)ethyl acrylate), 2-(퍼플루오로헥실)에틸 아크릴레이트(2-(perfluorohexyl)ethyl acrylate), 2-(퍼플루오로데실)에틸 아크릴레이트(2-(perfluorodecyl)ethyl acrylate) 등을 사용할 수 있다.
상기 하이드록시프로필 메타아크릴레이트 또는 하이드록시에틸 메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 및 불소계 아크릴레이트는 50:50:1 내지 50:50:5의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 불소계 아크릴레이트의 비율이 상기 범위를 초과할 경우에는 다른 아크릴레이트와 잘 혼합되지 못하여 상분리가 일어나 폴리올 합성 반응성이 현저히 저하되거나 합성되지 않는 문제점이 있다. 또한, 하이드록 시프로필 메타아크릴레이트 또는 하이드록시에틸 메타아크릴레이트와 부틸아크릴레이트의 경우 스스로 polymerization이 될 수 있으므로 젤화 되는 경향이 있다. 따라서, 이들 화합물은 1:1의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 비율로 혼합한 하이드록시프로필 메타아크릴레이트 또는 하이드록시에틸 메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 및 불소계 아크릴레이트 혼합물은 용매 하에서 교반시킨 후, 여기에 중합개시제를 첨가하고 반응시켜 불소계 아크릴레이트 함유 폴리올로 제조할 수 있다.
이때, 상기 용매는 톨루엔, n-부틸아세테이트 등을 사용할 수 있고, 상기 중합개시제는 V-65 등을 사용할 수 있으며, 그 함량은 필요에 따라 적절히 조절하여 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 이소시아네이트 반응물 제조시 사용되는 이소시아네이트계 화합물은 이소포론 디이소시아네이트(IPDI, isophorone diisocyanate), HDI (hexamethylene diisocyanate), HMDI (methylene bis-(4-cychlohexylisocynate), TMHMDI (trimethyl hexamethylene diisocyanate), TDI (toluene-2,4-diisocyanate), MDI (methylene diphenyl-4,4'-diisocyanate) 등을 사용할 수 있다.
상기 이소시아네이트계 화합물과 하이드록시프로필 메타아크릴레이트 등은 1:1의 몰비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 하이드록시프로필 메타아크릴레이트의 경우 이소시아네이트의 한 쪽에만 선택적으로 반응을 보내고자 하는 것으로, 이소시아네이트가 녹아 있는 용매에 하이드록시프로필 메타크릴레이트를 당량을 맞추어 천천히 떨어뜨리면서 우레탄 결합을 형성하여 이소시아네이트 반응물을 제조할 수 있다.
이때, 상기 용매는 n-헥산을 사용할 수 있으며, 그 함량은 필요에 따라 적절히 조절하여 사용할 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 제조한 불소계 아크릴레이트 함유 폴리올과 이소시아네이트 반응물은 용매하에서 혼합, 교반하고 반응시켜 최종 불소계 아크릴레이트 함유 고분자로 제조할 수 있다. 이때, 상기 불소계 아크릴레이트 함유 폴리올과 이소시아네이트 반응물은 1:1 내지 1:0.5의 평균비율(equivalent ratio)로 혼합되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위일 경우에는 적절한 교차결합 밀도(cross linking density)를 나타내는바 더욱 좋다.
또한, 상기 불소계 아크릴레이트 함유 고분자 제조시 사용되는 용매는 메틸에틸케톤(MEK, methyl ethyl ketone) 등을 사용할 수 있으며, 상기 용매와 불소계 아크릴레이트 함유 폴리올 중합시 디부틸 틴 디라우레이트(DBTDL, dibutyl tin dilaurate) 등을 사용할 수도 있다.
상기와 같은 방법으로 제조한 본 발명의 불소계 아크릴레이트 함유 고분자는 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 또는 폴리에테르 등으로 분자량이 최대 15,000인 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 불소계 아크릴레이트 함유 고분자는 하드 코팅액 조성물에 0.1 내지 1 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 내오염성을 나타내지 못한다는 문제점이 있으며, 1 중량%를 초과할 경우에는 내오염성이 개선되지 못하거나 저하되며, 하드코팅 수지의 가교결 합 밀도를 떨어뜨리게 되므로 경도가 나빠지게 된다는 문제점이 있다.
상기와 같이 제조된 불소계 아크릴레이트 함유 고분자를 포함하는 본 발명의 코팅 조성물은 상기 불소계 아크릴레이트 함유 고분자 이외에 다관능성 아크릴레이트 모노머, 반응성 아크릴레이트 올리고머, UV 경화용 개시제, 및 용매를 포함할 수 있다.
상기 다관능성 아크릴레이트 모노머는 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트(DPHA, dipentaerythritol hexa acrylate), 디펜타에리스리톨 하이드록시 펜타아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 트리메틸렌 프로필 트리아크릴레이트, 프로폭시레이티드 글리세롤 트리아크릴레이트, 또는 트리메틸프로판 에톡시 트리아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
상기 다관능성 아크릴레이트 모노머는 하드 코팅액 조성물에 5 내지 15 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위내일 경우에는 내마모성이 좋으며, 막이 깨질 위험이 없고, 헤이즈가 없다는 점에 있어 더욱 좋다.
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상기 반응성 아크릴레이트 올리고머는 하드 코팅액 조성물에 5 내지 22.48 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위내일 경우에는 내마모성과 막의 유연성에 있어 더욱 좋다.
상기 UV 경화용 개시제는 1-히드록시 시클로헥실페닐 케톤, 벤질 디메틸 케탈, 히드록시디메틸아세토페논, 벤조인, 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 또는 벤조인 부틸 에테르 등을 사용할 수 있다.
상기 UV 경화용 개시제는 하드 코팅액 수지에 1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 좋다.
상기 용매는 벤젠, 톨루엔, 메틸 에틸 케톤, 메틸 아이소부틸 케톤, 아세톤, 에탄올, 테트라하이드로퍼퓨릴 알콜, 프로필 알콜, 프로필렌 카보네이트, N-메틸 피롤리딘온, N-비닐 피롤리딘온, N-아세틸 피롤리딘온, N-하이드록시메틸 피롤리딘온, N-부틸 피롤리딘온, N-에틸 피롤리딘온, N-(N-옥틸)피롤리딘온, N-(N-도데실)피롤리딘온, 2-메톡시에틸 에테르, 자일렌, 사이클로헥세인, 3-메틸 사이클로헥산온, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 테트라하이드로퓨란, 메탄올, 아밀 프로피오네이트, 메틸 프로피오네이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디메틸 설폭사이드, 디메틸 폼아마이드, 에틸렌 글리콜, 헥사플루오로안티모네이트, 에틸렌 글리콜의 모노알킬 에테르, 에틸렌 글리콜의 디알킬 에테르, 또는 이들의 유도체(cellosolve) 등을 사용할 수 있다.
상기 용매는 하드 코팅액 조성물에 55 내지 70 중량%로 포함되는 것이 좋다.
상기와 같은 본 발명의 내오염성이 우수한 하드 코팅액 조성물은 불소계 아크릴레이트 함유 고분자를 포함하여 우수한 반응성으로 중합이 잘 이루어지며, 자외선 경화시 반응에 참여하는 관능기를 줄여 가교가 쉽고, 가교율 또한 우수하다. 또한, 내오염성, 특히 내마모성을 현저히 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실 시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예
1~4. 불소계
아크릴레이트
함유 고분자 제조
실시예
1
(불소계 아크릴레이트 함유 폴리올 제조)
톨루엔과 n-부틸아세테이트를 각각 9.8 중량%로 1:1의 비율로 혼합하여 미리 반응기에 첨가한 후, 질소를 주입하고 내용물에 열을 가하였다. 상기 내용물의 용매가 80 ℃일 때 하이드록시프로필 메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 및 1H,1H-퍼플루오로-n-옥틸아크릴레이트를 50:50:1의 비율로 혼합한 모노머 혼합물 95.96 중량% 및 열중합개시제 V-65 1.39 중량%를 n-부틸아세테이트 13.06 중량%에 희석시킨 후 2 시간 가량 천천히 첨가하였다. 이후 1 시간 정도 더 교반한 후 반응시켜 폴리올을 제조하였다.
(이소시아네이트 반응물 제조)
하기 반응식 1에 나타낸 바와 같은 당업계에 널리 알려진 방법을 이용하여 IPDI-HEMA(1:1) adduct를 제조하였다.
[반응식 1]
(불소계 함유 아크릴레이트 고분자 제조)
상기 제조한 폴리올(19.93 g, 30.48 중량%, -OH value 398.6)과 상기 제조한 이소시아네이트 반응물(13.22g, 20.21 중량%)을 4:3의 비율로 혼합하였다. 이를 시클로헥사논(32.00 g, 48.94 중량%)에 DBTDL(이소시아네이트 반응물 대비 1 mol%)과 함께 넣어 80 ℃에서 3 시간 동안 교반하여 우레탄 중합을 실시하여 불소계 함유 아크릴레이트 고분자 1을 제조하였다.
실시예
2
상기 실시에 1의 불소계 아크릴레이트 함유 폴리올 제조시 하이드록시프로필 메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 및 1H,1H-퍼플루오로-n-옥틸아크릴레이트를 50:50:0.1의 비율로 혼합한 모노머 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 불소계 함유 아크릴레이트 고분자 2를 제조하였다.
실시예
3
상기 실시에 1의 불소계 아크릴레이트 함유 폴리올 제조시 하이드록시에틸 메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 및 1H,1H-퍼플루오로-n-옥틸아크릴레이트를 50:50:1의 비율로 혼합한 모노머 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 불소계 함유 아크릴레이트 고분자 3을 제조하였다.
실시예
4
상기 실시에 1의 불소계 아크릴레이트 함유 폴리올 제조시 하이드록시에틸 메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 및 1H,1H-퍼플루오로-n-옥틸아크릴레이트를 50:50:0.1의 비율로 혼합한 모노머 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 불소계 함유 아크릴레이트 고분자 4를 제조하였다.
실시예
5~10 및
비교예
1.
하드
코팅액 제조
하기 표 1의 물질을 쟈켓 반응기에 순서대로 첨가하여 코팅액이 균일해질 때까지 혼합한 후, 0.45 ㎛ 크기의 필터로 필터링하여 코팅액 조성물을 제조하였다.
하기 표 1의 단위는 중량%이다.
구분 |
실시예 |
비교예 1 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트 |
9 |
9 |
9 |
9 |
9 |
9 |
9 |
펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트 |
1.6 |
1.6 |
1.6 |
1.6 |
1.6 |
1.6 |
1.6 |
EB 600* |
16 |
16 |
16 |
16 |
16 |
16 |
16 |
EB 294/25 HD* |
0.48 |
0.48 |
0.48 |
0.48 |
0.48 |
0.48 |
0.48 |
EB 9260* |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
실시예 1의 불소계 함유 아크릴레이트 고분자 |
0.1 |
1 |
2 |
- |
- |
- |
- |
실시예 2의 불소계 함유 아크릴레이트 고분자 |
- |
- |
- |
0.1 |
- |
- |
- |
실시예 3의 불소계 함유 아크릴레이트 고분자 |
- |
- |
- |
- |
0.1 |
- |
- |
실시예 4의 불소계 함유 아크릴레이트 고분자 |
- |
- |
- |
- |
- |
0.1 |
- |
Daracur 1173** |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
Irgacure 184** |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
Irgacure 907** |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
에틸 셀룰솔브 |
25 |
25 |
25 |
25 |
25 |
25 |
25 |
에탄올 |
8.33 |
8.33 |
8.33 |
8.33 |
8.33 |
8.33 |
8.33 |
에틸 아세테이트 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
n-부탄올 |
16.75 |
16.75 |
16.75 |
16.75 |
16.75 |
16.75 |
16.75 |
Tego 270 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
Tego 410 |
0.07 |
0.07 |
0.07 |
0.07 |
0.07 |
0.07 |
0.07 |
[주] *: SK-UCB사 multi acrylate **: Ciba사 UV initiator |
상기 실시예 5 내지 10 및 비교예 1에서 제조한 코팅액 조성물을 광학기재에 롤 코팅 공정으로 코팅하고, 60~90 ℃에서 3~10 분 동안 건조하여 막을 형성한 다음, UV(300~2,000 mJ)를 조사하고 경화시켜 내오염성 코팅막을 제조하였다.
그 다음, 상기 실시예 5 내지 10 및 비교예 1에서 제조한 코팅막들을 이용하여 하기와 같은 방법으로 내오염성, 내스크래치성, 및 막의 부착성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1. 내오염성 - 상기 실시예 5 내지 10 및 비교예 1에서 제조한 코팅막 표면을 각각 검은색 유성펜으로 더럽히고 10 초 후에 킴와이프스로 닦아내었다. 이 조작을 반복하여 펜의 흔적이 남기까지의 횟수로 내오염성을 평가하였다. 이때, 평가는 10 회 이상 펜을 닦아 낼 수 있으면 ○, 5~10 회만큼 펜을 닦아 낼 수 있으면 △, 1~5 회만큼 펜을 닦아 낼 수 있으면 ×로 하였다.
2. 내스크레치성 - 강철솜 #0000을 설치한 마모자에 1 ㎏의 하중을 걸어 스크래치 유무를 육안으로 관찰하여 평가하였다.
3. 막의 부착성 - 상기 실시예 5 내지 10 및 비교예 1에서 제조한 코팅막에 1 ㎜의 간격으로 종횡 10 개의 바둑판 무늬의 절삭부를 넣고, 셀로판 테이프(니치반(주))를 강하게 부착한 후, 테이프의 한 끝을 갖고 표면에서 90 도 방향으로 힘차게 잡아당겨 하드 코팅층이 박리되지 않는 것을 OK, 박리되는 것을 NG로 표시하였다.
구분 |
내오염성 |
내스크래치성 |
막의 부착성 |
실시예 5 |
○ |
양호 |
OK |
실시예 6 |
○ |
양호 |
OK |
실시예 7 |
△ |
양호 |
OK |
실시예 8 |
○ |
양호 |
OK |
실시예 9 |
○ |
양호 |
OK |
실시예 10 |
○ |
양호 |
OK |
비교예 1 |
× |
양호 |
OK |
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 5 내지 10의 코팅막은 내오염성, 내스크래치성, 및 막의 부착성이 우수하게 나타났으며, 특히 비교예 1과 비교하여 내오염성이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.