KR101148019B1 - 이온성액체 및 은 나노입자 복합체를 포함하는 전도성 분산액 조성물 및 전도성 코팅 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 은 나노입자 1 중량부에 대하여 이온성액체 10 ~ 100 중량부를 포함하는 전도성 수분산액 조성물, 또한 상기 전도성 수분산액 조성물을 포함하는 전도성 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅 필름에 관한 것으로, 대전방지성이 우수하여 정전기 문제를 해결할 수 있는 손쉽고 경제적인 전도성 코팅 조성물과 이로부터 제조된 코팅필름을 제공함으로써, 코팅액 자체의 가격과 최종제품의 원가를 낮추면서 코팅필름의 상업적 응용범위를 확대시킬 수 있다.

Description

이온성액체 및 은 나노입자 복합체를 포함하는 전도성 분산액 조성물 및 전도성 코팅 조성물{Conductive water dispersable composition and conductive coating composition comprising ionic liquid and silver nano particles}

본 발명은 전도성 및 대전방지성을 가진 전도성 분산액 조성물, 전도성 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅 필름에 관한 것이다.

LCD , LED, PDP 등과 같은 디스플레이 장치는 일반적으로 편광판을 필요로 하고, 이 편광판의 표면의 손상을 방지하기 위하여 액정 패널의 가장 바깥 표면상에 보호 필름을 접착하게 된다.

이러한 표면 보호필름은 표면저항이 높고 정전기의 발생에 표면에 먼지가 흡착될 수 있으며, 최근 디스플레이 장치의 대형화로 인해 외부 전하에 의한 정전기로 액정이 깨지는 문제가 발생하기도 한다.

따라서 보호필름은 전도성 또는 대전방지 성능이 필요하며 또한 인쇄성을 필요로 한다. 기존의 보호필름은 폴리아크릴이나 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 고분자필름위에 얻기 위해서 대전방지층을 먼저 형성하고 그 위에 지문방지기능이나 인쇄성을 갖는 층을 형성하여 문제점을 해결하거나, 혹은 보통 4차 암모늄염과 같은 계면활성제를 이용하는 것이 일반적이며, 상기의 대전방지 기능를 주기위해 전도성 고분자인 독일 BAYER 사의 폴리 싸오펜 계열의 전도성 고분자를 사용해 오고 있으며, 폴리 아닐린이나 폴리 피롤과 같은 고분자도 사용되기도 하였으나 독성 및 환경성 혹은 작업성 문제로 일부에서만 사용되어 진다.

이온성액체는 통상의 금속 양이온과 비금속 음이온으로 이루어진 금속염 화합물과는 달리 100℃ 이하의 온도에서 액체로 존재하여 이온성액체라고 한다. 이온성액체는 유기양이온과 음이온으로 구성되어 있으며, 증기압이 거의 제로이며 난연성이며 이온성이면서 저점성이고 고도전성을 갖는다.

본 발명자들은 상기 이온성액체에 은 나노입자를 분산시키는 새로운 개념의 도전성 물질로서 전도성 수분산액 조성물을 고안하고, 이 조성물이 전도성 코팅 조성물과 코팅 필름에 사용되어 코팅 필름에 대전방지 기능을 부여할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 대전방지 기능이 우수하여 각종 표시장치의 보호필름 제조에 적합한 전도성 분산액 조성물을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 전도성 분산액 조성물을 포함하는 전도성 코팅 조성물을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 전도성 코팅 조성물이 적층된 코팅필름을 제공하는데 있다.

본 발명은 은 나노입자 1 중량부에 대하여 이온성액체 10 ~ 100 중량부를 포함하는 전도성 분산액 조성물을 제공한다.

본 발명의 전도성 분산액 조성물에서 상기 은 나노입자의 입자크기는 1 ~ 10 nm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전도성 분산액 조성물에서 상기 이온성액체는 유기 양이온과 음이온으로 구성된 25℃에서 액체 상태인 것으로, 상기 양이온은 암모늄 양이온, 이미다졸리움 양이온, 옥사졸리움 양이온, 피페리디늄 양이온, 피라지니움 양이온, 피라졸리움 양이온, 피리다지니늄 양이온, 피리디늄 양이온, 피리미디늄 양이온, 피롤리디늄 양이온, 피롤리늄 양이온, 피롤리움 양이온, 설포늄 양이온 및 트리아졸륨 양이온 중에서 선택된 어느 한 종이고, 상기 음이온은 에틸설페이트 음이온, 테트라플루오로보레이트 음이온, 토실레이트 음이온 및 메탄설폰 음이온 중에서 선택된 어느 한 종인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전도성 수분산액 조성물에서 상기 양이온은 이미다졸리움 양이온, 설포늄 양이온 및 피리디늄 양이온 중에서 선택된 어느 한 종이고, 상기 음이온은 에틸설페이트 음이온인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 전도성 수분산액 조성물 0.1 ~ 5 중량%, 수용성 바인더 수지 5 ~ 15 중량%, 탄소수 4 이하의 알코올 1 ~ 20 중량%, 메틸에틸케톤, 메틸술폭사이드 및 N-메틸피롤리돈 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 유기용매 0.5 ~ 8 중량% 및 물 60 ~ 93 중량% 포함하는 전도성 코팅 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 선택된 어느 하나의 필름기재에 상기 전도성 코팅 조성물로 이루어진 코팅층이 형성된 코팅 필름을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 필름기재에 상기 전도성 코팅 조성물을 코팅한 후 코로나 처리 또는 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 코팅 필름의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 대전방지성이 우수하여 정전기 문제를 해결할 수 있는 손쉽고 경제적인 전도성 코팅 조성물과 이로부터 제조된 코팅필름을 제공함으로써, 코팅액 자체의 가격과 최종제품의 원가를 낮추면서 코팅필름의 상업적 응용범위를 확대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 사용될 수 있는 바람직한 이온성액체의 구조식을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 은 나노입자와 이온성액체를 포함하는 전도성 분산액 조성물에서 음전하를 띠는 은 나노입자가 콜로이드 상태를 이루고 있으면서 이온성 액체와 은나노 복합체를 형성하고 있는 모습을 나타낸 설명도이다.

본 발명에서 필름 기재에 코팅되는 전도성 코팅 조성물에 대전방지 기능을 부여하기 위해 사용되는 전도성 수분산액 조성물은 은 나노입자 1 중량부에 대하여 이온성액체 10 ~ 100 중량부를 포함한다.

본 발명의 은 나노입자는 입자크기 1 ~ 10 nm, 바람직하게는 1 ~ 5 nm인 것이 대전방지 기능 부여에 적합하고 상기 입자크기를 초과하면 동일한 대전방지 성능을 달성하기 위해 필요한 은 나노입자의 사용량이 증가하고 그에 따라 코팅 필름의 광학적 특성 및 물성에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

은 나노입자는 나노입자 분말을 사용할 수도 있으나, 보다 바람직하게는 은 나노입자가 균일하게 분산된 알코올/수용액을 사용하는 것이 바람직하지만 분말상으로도 투입할 수도 있다. 은 나노입자가 분산된 용액에서 은 나노입자의 농도는 0.01 ~ 0.5 중량% 가 바람직하다.

은 나노입자 1 중량부에 대하여 이온성액체는 10 ~ 100 중량부, 바람직하게는 20 ~ 30 중량부 사용하는 것이 바람직하며, 상기 하한치 미만에서는 은 나노입자가 과다하게 포함되에 전도성 코팅 조성물의 안정성이 저하되는 문제가 있고, 상기 상한치를 초과하면 대전방지 성능이 저하된다.

전도성 수분산액 조성물에는 은 나노입자와 이온성액체의 분산을 통한 전도성 클러스터 형성을 위해 용매로서 물이 사용되고, 탄소수 4 이하의 알코올이 전체 용매 중량의 10 ~ 30 중량%까지 포함될 수 있다.

본 발명의 이온성액체는 유기 양이온과 음이온으로 구성되며 25℃에서 액체 상태인 것이다.

이온성액체를 구성하는 양이온은 암모늄 양이온, 이미다졸리움 양이온, 옥사졸리움 양이온, 피페리디늄 양이온, 피라지니움 양이온, 피라졸리움 양이온, 피리다지니늄 양이온, 피리디늄 양이온, 피리미디늄 양이온, 피롤리디늄 양이온, 피롤리늄 양이온, 피롤리움 양이온, 설포늄 양이온 및 트리아졸륨 양이온 중에서 선택된 어느 한 종이고, 바람직하게는 이미다졸리움 양이온, 설포늄 양이온 또는 피리디늄 양이온이다.

또한 이온성액체를 구성하는 음이온은 에틸설페이트 음이온, 테트라플루오로보레이트 음이온, 토실레이트 음이온 및 메탄설폰 음이온 중에서 선택된 어느 한 종이고, 바람직하게는 에틸설페이트 음이온이다.

도 1에는 본 발명에 사용될 수 있는 바람직한 이온성액체의 구조식을 나타낸 것으로, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 에틸설페이트(1), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트(2), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 토실레이트(3), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 메탄설포네이트(4), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 프리플레이트(5), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디시안아미드(6), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플푸오로메틸설포닐)이미드(7), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 디시안아미드(8), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 트리플레이트(9), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 메탄설포네이트(10), 1,3-디데실-2-메틸이미다졸리움 비스(트리플푸오로메틸설포닐)이미드(11), 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 트리플레이트(12), 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트(13), 1-(2-히드록시에틸)-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트(14), 1-데실-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트(15), 1-부틸-3-메틸피리디늄 테트라플루오로보레이트(16), 1-부틸-4-메틸피리디늄 테트라플루오로보레이트(17), 1-메틸-1프로필피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(18), 메틸트리옥틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(19), 부틸트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(20), 트리에틸설포늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(21), 디에틸메틸설포늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(22)이다.

도 2는 본 발명의 은 나노입자와 이온성액체를 포함하는 전도성 수분산액 조성물에서 음전하를 띠는 은 나노입자가 수중에서 콜로이드 상태를 이루고 있으면서 이온성 액체와 은나노 클러스터를 형성하고 있는 모습을 나타낸 설명도이다. 이때 이 복합체의 크기는 2~ 3개의 은 나노입자가 결합하여 2~20nm 의 Hydrodynamic 반경을 가진다.

본 발명은 상기 전도성 수분산액 조성물 0.1 ~ 5 중량%, 수용성 바인더 수지 5 ~ 15 중량%, 탄소수 4 이하의 알코올 1 ~ 20 중량%, 메틸에틸케톤, 메틸술폭사이드 및 N-메틸피롤리돈 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 유기용매 0.5 ~ 8 중량% 및 물 60 ~ 93 중량% 포함하는 전도성 코팅 조성물을 제공한다.

상기 전도성 수분산액 조성물의 함량은, 전체 전도성 코팅 조성물에 대하여,0.1 내지 5 중량%인 것이 바람직하다. 상기 전도성 고분자 수분산액의 함량이 0.1중량% 미만이면 표면 저항이 증가하여 코팅 후 코팅필름의 대전방지 및 전자파 차폐 성능이 저하되는 문제가 있고, 5중량%를 초과하면 부분적인 상분리 현상으로 인해 대전방지 기능이 증가함이 없이 코팅성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 수용성 바인더 수지는 전도성 수분산액 조성물의 분산성을 향상시키고 생성되는 코팅 필름의 막균일성, 부착성, 강도 등을 향상시키기 위한 재료로서 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 수용성 폴리우레탄 수지가 그중에서 특히 바람직하다.

상기 수용성 바인더 수지의 함량은, 전체 전도성 코팅 조성물에 대하여 5 내지 15중량%인 것이 바람직하다. 수지의 함량이 5중량% 미만이면 코팅필름의 균일성, 접착력 및 막강도가 저하되는 문제가 있고, 15중량%를 초과하면 전도성 복합체의 안정성 즉 분산성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 전도성 코팅 조성물에 사용되는 탄소수 4 이하의 알코올은 코팅 조성물의 건조성 등 코팅성을 향상시키는 역할을 하는 것으로 통상 코팅 조성물에 통상적으로 사용되는 알콜 화합물을 광범위하게 사용할 수 있고, 바람직하게는 에탄올이나 이소프로필알코올 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

전체 전도성 코팅 조성물에 대하여 탄소수 4 이하의 알코올은 1 내지 20중량% 포함하는 것이 바람직하다. 상기 알코올 함량이 전체 전도성 코팅 조성물에 대하여 1중량% 미만이면 건조성이 저하될 우려가 있고, 20중량%를 초과하면 전도성 물질의 분산성이 저하되어 표면저항이 상승하는 불균일성 문제가 생길 수 있다.

본 발명에 따른 전도성 고분자 코팅 조성물은 상기 알코올 용매와 함께, 코팅 조성물의 용해성, 분산성, 건조성, 막균일성 등과 같은 코팅성을 향상시키는 기능성 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 유기 용매로는 메틸에틸케톤, 메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide; DMSO), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

다음으로 보호필름으로 사용되는 전도성 및 대전방지 기능을 가진 코팅 필름의 제조방법을 설명한다.

본 발명에 따른 전도성 코팅필름의 제조방법은, 본 발명에 따른 이온성액체 및 은 나노입자를 포함하는 전도성 코팅 조성물을 필름 기재에 코팅하는 단계와, 상기 상기 코팅된 조성물을 건조시키는 단계로 나눌 수 있다.

상기 코팅하는 단계에서는 물 및 에탄올의 혼합 용액으로 상기 전도성 코팅 조성물을 희석한 코팅액을 사용하여 코팅을 수행할 수 있다. 예를 들어, 희석 중량비는 전도성 코팅 조성물 : 물 : 에탄올(혹은 이소프로필알코올)을 1 :2 :2 의 비율로 희석한다.

상기 전도성 코팅 조성물을 코팅하는 필름 기재로는 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 범용 혹은 특수 고분자 필름을 사용한다.

코팅 방법으로는 그라비어, 리버스 코트법, 혹은 롤 코트법이나 디핑을 포함한다. 필요한 경우에 상기 필름에 사전에 코로나 처리나 플라즈마 처리를 하여 밀착력을 증가시킨다.

코팅필름의 건조 조건은 코팅 파라메터와 그 방법에 의해 적합한 조건이 선택되나, 통상적으로 그라비어 코팅을 기준으로 하였을때 80 내지 120℃의 온도에서, 20 내지 120초 동안 실시하는 것이 바람직하다. 이것은 수용성 수지를 사용하기 때문이다. 코팅 후 80℃의 온도 조건에서 1분 동안 추가 건조하고 60℃ 오븐에서 추가적인 숙성과정을 행하면 바람직하다. 건조 및 경화 온도가 80℃ 미만인 경우에는 건조가 불충분하며 건조 및 경화 온도가 120℃ 초과인 경우에는 필름의 변형이 생길 수 있으며 120℃ 이하에서 건조 및 경화시킬 때와 비교하여 성능면에서 유리한 점이 없을 뿐만 아니라, 에너지적인 면에서 비경제적이다. 건조 및 경화 시간이 20초 미만인 경우에는 건조가 불충분하고, 120초를 초과하여 건조 및 경화시켜도 코팅필름의 성능면에서 유리한 점이 없을 뿐만 아니라 코팅필름을 형성하는 비용이 높아져서 경제성이 떨어진다.

본 발명의 코팅 필름은 대전방지성을 기준으로 표면비저항이 1ⅹ10¹⁰ Ω/□ 이하, 바람직하게는 1ⅹ10⁹ Ω/□ 이하이다. 표면비저항이 상기 하한치보다 크면 보호필름을 박리에 의해 제거하는 과정에서 정전기의 발생을 방지할 수가 없어 먼지 등이 부착되게 된다. 또한 액정 디스플레이에 보호 필름을 적용하는 경우에는, 보호필름을 박리하는 과정에서 발생하는 수백에서 수천볼트의 박리대전에 의해 액정 디스플레이 소자가 상할 수 있는 문제도 생긴다.

본 발명을 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시적인 것일 뿐 이에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 에틸설페이트 2g을 취하고에틸알코올 30g을 첨가하고 상온에서 수분산된 0.1 중량% 은나노 용액 (평균입도 5nm, 분산도: 1.05~1.3) 100g을 천천히 첨가하면서 서서히 교반하여 전도성 수분산액 조성물을 제조하였다.

실시예 2

실시예1의 전도성 수분산액 5g과 수용성 아크릴 수지(20중량%) 15 g, 수용성 멜라민 수지(70 중량%) 3 g, 산촉매 0.001 g, 에탄올 20 g, 메틸에틸케톤 2g, N-메틸피롤리돈 0.5 g를 혼합하여 1시간 교반하여 전도성 코팅 조성물을 제조하였다.

상기 전도성 코팅 조성물을 전도성 코팅 조성물 : 물 : 에탄올에 대해 1:2:2 중량비로 희석하여 최종 코팅액을 제조하였다.

실시예 3

실시예2의 최종 희석된 코팅액을 바코터(7#)를 사용하여 PET필름을 코팅하고, 80의 핫 플레이트 위에서 1분 동안 건조한 후 코팅 필름을 얻었다.

실험예

표면저항측정기(MCP-HT450, 미쓰비시 화학, 일본)을 이용하여 실시예 3의 코팅 필름의 표면비저항을 측정한 결과 1ⅹ10⁸ Ω/□을 나타내었다.

또한 이온성액체의 종류 및 함량, 은 나노입자의 함량, 코팅 두께 및 필름 기재의 종류를 달리하여 반복 실험을 한 결과에서도 1ⅹ10⁵ ~ 1ⅹ10¹⁰ Ω/□의 표면비저항을 나타내어 대전방지 기능을 갖는 코팅 필름으로 적합함을 확인하였다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 은 나노입자 1 중량부에 대하여 이온성액체 10 ~ 100 중량부를 포함하는 전도성 수분산액 조성물 0.1 ~ 5 중량%, 수용성 바인더 수지 5 ~ 15 중량%, 탄소수 4 이하의 알코올 1 ~ 20 중량%, 메틸에틸케톤, 메틸술폭사이드 및 N-메틸피롤리돈 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 유기용매 0.5 ~ 8 중량% 및 물 60 ~ 93 중량% 포함하는 전도성 코팅 조성물을
   폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 선택된 어느 하나의 필름기재에 코팅한 후 코로나 처리 또는 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 코팅 필름의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 전도성 수분산액 조성물의 은 나노입자의 입자크기는 1 ~ 10 nm인 것을 특징으로 하는 코팅 필름의 제조방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 전도성 수분산액 조성물의 이온성액체는 유기 양이온과 음이온으로 구성된 25℃에서 액체 상태인 것으로, 상기 양이온은 암모늄 양이온, 이미다졸리움 양이온, 옥사졸리움 양이온, 피페리디늄 양이온, 피라지니움 양이온, 피라졸리움 양이온, 피리다지니늄 양이온, 피리디늄 양이온, 피리미디늄 양이온, 피롤리디늄 양이온, 피롤리늄 양이온, 피롤리움 양이온, 설포늄 양이온 및 트리아졸륨 양이온 중에서 선택된 어느 한 종이고, 상기 음이온은 에틸설페이트 음이온, 테트라플루오로보레이트 음이온, 토실레이트 음이온 및 메탄설폰 음이온 중에서 선택된 어느 한 종인 것을 특징으로 하는 코팅 필름의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 양이온은 이미다졸리움 양이온, 설포늄 양이온 및 피리디늄 양이온 중에서 선택된 어느 한 종이고, 상기 음이온은 에틸설페이트 음이온인 것을 특징으로 하는 코팅 필름의 제조방법.

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