KR101286720B1

KR101286720B1 - 대전방지용 코팅 조성물 및 그를 이용한 대전방지 코팅막 제조 방법 및 그 코팅막

Info

Publication number: KR101286720B1
Application number: KR1020060081160A
Authority: KR
Inventors: 손정현; 박종대; 주한복
Original assignee: 주식회사 동진쎄미켐
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2013-07-16
Also published as: JP4874895B2; TWI370161B; JP2008050607A; TW200823270A; KR20080018674A

Abstract

전도성 고분자를 이용한 대전방지용 코팅 과정에서, 코팅기의 금속 부분과 접촉에 의해 발생하는 고분자의 응집 현상을 개선할 수 있는 코팅 조성물 및 이를 이용한 대전방지 코팅막의 제조 방법이 개시된다. 상기 코팅 조성물은 전도성 고분자 수분산액; 수용성 바인더 수지; 알콜 용매; 기능성 유기 용매; 물; 및 고분자 응집 억제제를 포함한다. 또한, 상기 코팅막의 제조 방법은 상기 전도성 코팅 조성물을 기판에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 조성물을 건조시키는 단계를 포함한다.

코팅막 조성물, 대전방지, 전도성 고분자, 고분자 응집

Description

대전방지용 코팅 조성물 및 그를 이용한 대전방지 코팅막 제조 방법 및 그 코팅막{Anti-static coating composition, preparation method of coating film using the same and the coating film}

본 발명은 대전방지용 코팅 조성물, 이를 이용한 대전방지 코팅막의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 대전방지 코팅막에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 코팅 조성물 중의 고분자 응집현상을 제거한 대전방지용 코팅 조성물, 이를 이용한 투명 대전방지 코팅막의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 대전방지 코팅막에 관한 것이다.

각종 반도체 및 전자기기가 미세화되고 고집적화됨에 따라 정전기의 발생이 제품에 여러 가지 문제를 야기하게 되었다. 이러한 정전기를 효과적으로 제거하기 위하여 전도성 물질을 이용한 대전방지 코팅 방법이 제시되어 왔다. 현재 이러한 코팅 기술은 디스플레이 소자의 외면 유리의 대전방지 코팅막, 반도체 소자 운반용 트레이, 편광판 및 백라이트 유닛의 보호필름, 투명 렌즈의 코팅막 등에서 사용되고 있다.

이러한 대전방지 코팅막은 알루미늄 등의 금속 입자, 카본 블랙, 및 수분과 반응하면 이온 전도성을 지니는 계면활성제와 같은 전도성 첨가제를 포함하는 비전도성 고분자, 또는 폴리티오펜(polythiopene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline) 등과 같이 자체적으로 전도성을 가지는 전도성 고분자로 이루어질 수 있다.

여러 가지 전도성 재료 중에서 투명하고 기재와 밀착성이 좋은 전도성 고분자 재료가 최근 여러 산업 분야에서 각광을 받고 있다. 그러나, 전도성 고분자를 포함하는 코팅 조성물로 코팅을 수행하는 경우, 코팅기의 금속 부분에서 고분자들이 응집되는 현상이 발생하기 쉽다. 이러한 응집은 코팅 과정에서 불량의 원인이 되고, 응집 부분을 제거하기 위해 공정을 중단하게 된다면 생산성이 저하되며, 이 때문에 제조 경비가 상승하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 대전방지용 코팅 작업을 수행할 때, 기기의 금속부분에서 발생하는 고분자의 응집 현상을 효과적으로 제거하여 코팅 작업의 효율성을 높일 수 있는 대전방지용 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용하여 투명하고 우수한 대전방지 성능을 갖는 대전방지 코팅막을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 대전방지 코팅막을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계 고분자 화합물 또는 이들의 혼합물을 함유하는 전도성 고분자 수분산액;

수용성 바인더 수지;

알콜 용매;

디메틸술폭사이드, 프로필렌글리콜메틸에테르, N-메틸피롤리돈, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 부틸카비톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 기능성 유기 용매;

물; 및

에틸렌 디아민(ethylene diamine), 디메틸에틸렌 디아민(dimethyl ethylene diamine), 2-부틸아민(2-butylamine), 트리에탄올아민(triethanolamine), 벤조트리아졸(benzotriazole), 벤조티아졸(benzothiazole), 피리딘(pyridine), 톨릴트리아졸(tolyltriazole), 퀴놀린(quinoline), 이미다졸(imidazole), 벤지미다졸(benzimidazole), 5-메틸-1H-벤조트리아졸(5-methyl-1H-benzotriazole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), N-페닐티오우레아(N-phenylthiourea)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자 응집 억제제를 포함하는 코팅 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 다른 목적을 달성하기 위하여,

상기 코팅 조성물을 기판에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 조성물을 건조시키는 단계를 포함하는 대전방지 코팅막의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 코팅 조성물에 있어서, 상기 코팅 조성물은 1 내지 30 중량%의 상기 전도성 고분자 수분산액; 5 내지 25중량%의 수용성 바인더 수지; 5 내지 40중량%의 알콜 용매; 5 내지 30중량%의 상기 기능성 유기 용매; 10 내지 50중량%의 물; 및 0.001 내지 10중량%의 상기 고분자 응집 억제제를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일구현예에 따른 코팅 조성물에 있어서, 상기 수용성 바인더 수지는 폴리우레탄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐아세테이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구현예에 따른 코팅 조성물에 있어서, 알콜 용매는 탄소수 1 내지 5의 지방족 알콜인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 대전방지 코팅막의 제조 방법은 상기 코팅 조성물을 기판에 코팅하는 단계, 및 상기 코팅된 조성물을 건조시키는 단계를 포함한다.

상기 방법에 의하여 제조된 대전방지용 코팅 조성물을 이용하여 대전방지 코팅막을 형성하면, 코팅기의 금속부분에서 발생하는 고분자의 응집 현상을 효과적으로 제거하여 코팅 작업의 효율성 및 생산성을 높일 수 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 대전방지용 코팅 조성물은 전도성 고분자 수분산액; 수용성 바인더 수지; 알콜 용매; 기능성 유기 용매; 물; 및 고분자 응집 억제제를 포함한다.

상기 전도성 고분자는 코팅막 표면에 대전방지 효과를 가지게 하여 먼지 등 의 오염원을 제거하기 위해 사용된다. 본 발명의 코팅 조성물 중 전도성 고분자 수분산액은 전도성 고분자 화합물을 물에 분산 또는 용해시킨 것으로서, 고분자 화합물의 농도가 총 분산액을 기준으로 0.1 내지 10중량%인 것이다. 상기 전도성 고분자 화합물로는 폴리티오펜계, 폴리피롤계 또는 폴리아닐린계 고분자 화합물이 바람직하고, 이중 폴리티오펜계 화합물이 더욱 바람직하며, 폴리에틸렌 디옥시티오펜(PEDOT)이 특히 바람직하다.

한편 상기 전도성 고분자 수분산액으로는 상업적으로 시판되는 바이엘(Bayer)사의 상품명 Baytron P나 Baytron PH를 사용할 수 있다. Baytron P는 물에 폴리에틸렌 디옥시티오펜(PEDOT)이 분산되어 있는 수분산액에 폴리스티렌술폰산(PSS)을 도펀트(dopant)로서 첨가한 제품이다. 상기 Baytron P 중 폴리에틸렌 디옥시티오펜의 함량은 1.4%이다.

상기 전도성 고분자 수분산액의 함량은, 전체 코팅 조성물에 대하여, 1 내지 30중량%인 것이 바람직하다. 상기 전도성 고분자 수분산액의 함량이 1중량% 미만이면 코팅막의 표면저항이 증가하여 대전방지 성능이 저하되는 문제가 있고, 30중량%를 초과하면 대전방지 및 전자파 차폐 성능의 별다른 향상 없이 코팅 조성물의 코팅성이 저하되고 제조원가가 상승하는 문제가 있다.

본 발명에 따른 대전방지용 코팅 조성물 중 수용성 바인더 수지는 전도성 고분자의 분산성을 향상시키고, 생성되는 코팅막의 막균일성, 부착성, 막강도 등을 향상시키는 역할을 한다. 상기 바인더 수지로는 통상적인 광경화형 또는 열경화형 바인더를 광범위하게 사용할 수 있으며, 예를 들면, 폴리우레탄, 폴리메틸메타크릴 레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐아세테이트, 또는 이들의 혼합물을 포함하나 이들에 한정되지 않는다. 이중, 수용성 열경화형인 폴리우레탄 수지를 사용하면, 형성되는 코팅막은 그 부착성 및 막강도의 특성 및 대전방지 성능이 향상되므로 바람직하다.

상기 수용성 바인더 수지의 함량은, 전체 코팅 조성물에 대하여 5 내지 25중량%인 것이 바람직하다. 상기 수용성 바인더 수지의 함량이 5중량% 미만이면 코팅막의 균일성, 부착성 및 막강도가 저하되는 문제가 있고, 25중량%를 초과하면 전도성 고분자의 분산성이 저하되며 대전방지 성능이 떨어지고 대면적 코팅시 얼룩 발생의 빈도가 증가하는 문제가 있다.

본 발명에 따른 대전방지용 코팅 조성물 중 알콜 용매는 코팅 조성물의 건조성 등 코팅성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 알콜 용매로는 고분자 코팅 조성물에 통상적으로 사용되는 알콜 화합물을 광범위하게 사용할 수 있고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 지방족 알콜 중 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜(IPA) 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에탄올과 이소프로필알콜을 혼합하여 제조한 용매 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 알콜 용매의 함량은 전체 코팅 조성물에 대하여 5 내지 40중량%, 바람직하게는 10 내지 30중량%의 알콜 용매인 것이 바람직하다. 상기 알콜 용매의 함량이 전체 코팅 조성물에 대하여 5중량% 미만이면 건조성이 저하될 우려가 있고, 40중량%를 초과하면 전도성 고분자의 분산성이 저하되어 표면저항이 상승하는 문제가 있다.

본 발명에 따른 대전방지용 코팅 조성물은 상기 지방족 알콜 용매와 함께, 코팅 조성물의 용해성, 분산성, 건조성, 막균일성 등의 코팅성을 더욱 향상시키는 기능성 유기 용매를 포함한다. 상기 기능성 유기 용매로는 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide; DMSO), 프로필렌글리콜 메틸에테르(propyleneglycol methylether; PGME), N-메틸피롤리돈 (N-methylpyrrolidone; NMP), 에틸-3-에톡시프로피오네이트 (ethyl-3-ethoxypropionate; EEP), 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르아세테이트 (propyleneglycol monomethyl etheracetate; PGMEA), 부틸카비톨(butyl carbitol; BC), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디메틸술폭사이드를 사용한다.

상기 기능성 유기 용매의 함량은 전체 코팅 조성물에 대하여 5 내지 30중량%, 바람직하게는 10 내지 30중량%이다. 상기 기능성 유기 용매의 함량이 5중량% 미만이면 코팅 조성물의 코팅성이 떨어져서 불균일막이 형성되는 문제가 있고, 30중량%를 초과하면 코팅성능이 특별히 향상됨 없이 건조성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 대전방지용 코팅 조성물은 금속 표면에서의 고분자 응집을 억제시키는 첨가제를 더 포함한다. 사용될 수 있는 고분자 응집 억제제는 아민류 화합물로 에틸렌 디아민(ethylene diamine), 디메틸에틸렌 디아민(dimethyl ethylene diamine), 2-부틸아민(2-butylamine), 트리에탄올아민(triethanolamine), 벤조트리아졸(benzotriazole), 벤조티아졸(benzothiazole), 피리딘(pyridine), 톨릴트리아졸(tolyltriazole), 퀴놀린(quinoline), 이미다졸(imidazole), 벤지미다 졸(benzimidazole), 5-메틸-1H-벤조트리아졸(5-methyl-1H-benzotriazole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 및 N-페닐티오우레아(N-phenylthiourea)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다.

상기 고분자 응집 억제제의 함량은 전체 코팅 조성물에 대하여 0.001 내지 10중량%인 것이 바람직하다. 0.001중량% 미만이면 상기 고분자 응집 억제제의 효과가 미미하여 고분자의 응집을 효과적으로 억제할 수 없고, 10중량% 이상이면 코팅액의 분산성 및 대전방지 성능을 떨어뜨린다.

상기 고분자 응집 억제제는 용매에 먼저 용해시킨 후 투입할 수도 있고, 나머지 조성물을 모두 혼합 후 투입할 수도 있다.

상기 성분들을 차례로 혼합하여 코팅 조성물을 제조하는 경우 수용성 바인더와 전도성 고분자 수분산액의 분산을 위해 물을 첨가할 수 있다. 첨가하는 물의 함량은 전체 조성물에 대하여 10 내지 50중량%인 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 대전방지 코팅막의 제조 방법에 관하여 설명한다.

본 발명에 따른 코팅막의 제조 방법은, 본 발명에 따른 코팅 조성물을 기판에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 조성물을 건조하는 단계를 포함한다.

본 발명의 대전방지 코팅막의 제조 방법에 있어서, 코팅용 조성물을 코팅하는 기판로서 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술포네이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌 등의 유기 고분자 기재를 사용한다.

바람직한 코팅 방법으로는 그라비아 코트법, 리버스 코트법, 롤 코트법을 포 함한다.

본 발명에 따른 대전방지 코팅막의 제조 방법에 있어서, 코팅막의 건조 및 경화 조건은 각 코팅법에 따라 적합한 조건이 선택되나, 통상적으로 사용하는 60 내지 120℃의 온도에서, 5 내지 120초로 실시하는 것이 바람직하며, 80 내지 120℃의 온도에서, 10 내지 60초로 실시하는 것이 더욱 바람직하다.

건조 및 경화 온도가 60℃ 미만인 경우에는 건조가 불충분하고, 120℃를 초과하여 건조 및 경화시켜도 120℃ 이하에서 건조 및 경화시킬 때와 비교하여도 코팅막의 성능면에서 유리한 점이 없을 뿐만 아니라, 비용이 높아지며 고온 가열에 의한 작업상의 위험성이 높아지는 등의 문제가 있다.

건조 및 경화 시간이 5초 미만인 경우에는 건조가 불충분하고, 120초를 초과하여 건조 및 경화시켜도 코팅막의 성능면에서 유리한 점이 없을 뿐만 아니라 코팅 막을 형성하는 비용이 높아진다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기 실시예 및 비교예에서 백분율 및 혼합비는 별도의 언급이 없으면 중량을 기준으로 한다.

(비교예 1)

대전방지용 코팅 조성물 및 코팅막의 제조

혼합 용기에 물을 20중량부, 디메틸설폭사이드 20중량부, 에탄올을 10중량부, 이소프로필알콜을 15중량부 넣고 1시간 동안 교반하였다. 여기에 수용성 폴리우레탄 수지를 15중량부 투입하고 1시간 동안 더 교반하였다. 폴리에틸렌 디옥시티 오펜(PEDOT) 수분산액을 20중량부 투입하고 1시간 동안 더 교반하여 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액으로는 폴리스티렌설포네이트로 도핑된 바이엘(Bayer)사의 Baytron P(PEDOT 농도 1.4중량%)를 사용하였다.

얻어진 코팅 조성물을 이용하여 그라비아 코트법으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET) 위에 코팅하고, 110℃에서 10초간 건조하였다.

(실시예 1 내지 7)

대전방지용 코팅 조성물 및 코팅막의 제조

비교예 1과 같은 조성으로 대전방지용 코팅 조성물을 제조하되 하기 표 1에 나타낸 고분자 응집 억제제를 추가로 0.5중량부 첨가하였다. 고분자 응집 억제제는 이소프로필알콜과 혼합하여 첨가하였고, 그 후 1시간 동안 더 교반하였다. 얻어진 코팅 조성물을 이용하여 그라비아 코트법으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET) 위에 코팅하고, 110℃에서 10초간 건조하였다.

(비교예 2)

대전방지용 코팅 조성물 및 코팅막의 제조

실시예 2에서와 같은 방법으로 대전방지용 코팅 조성물을 제조하되, 고분자 응집 억제제로서 2-부틸아민을 20중량부 첨가하였다.

코팅 조성물에 사용된 고분자 응집 억제제의 종류 및 함량

	고분자 응집 억제제의 종류	고분자 응집 억제제의 함량(중량%)
비교예 1	없음	-
실시예 1	트리에탄올아민	0.5
실시예 2	2-부틸아민	0.5
실시예 3	퀴놀린	0.5
실시예 4	벤조트리아졸	0.5
실시예 5	폴리비닐피롤리돈	0.5
실시예 6	벤지미다졸	0.5
실시예 7	톨릴트리아졸	0.5
비교예 2	2-부틸아민	20

물성 평가

(1) 응집 정도

코팅 과정에서 닥터블레이드에 생기는 전도성 고분자의 응집 정도를 육안으로 관찰하여 아래와 같이 평가하였다.

○ : 응집이 많이 생김,

△ : 응집이 조금 생김,

× : 응집이 생기지 않음.

(2) 표면 저항

코팅막의 표면저항은 SIMCO사의 표면저항 측정기인 ST-3을 사용하여 측정하였다. 표면저항 값이 작을수록 대전방지 효과가 우수함을 나타낸다.

코팅막의 표면 저항 및 응집 정도

	표면저항(Ω/□)	응집 정도
비교예 1	1.0 x 10⁶	○
실시예 1	1.2 x 10⁶	×
실시예 2	1.6 x 10⁶	×
실시예 3	2.0 x 10⁶	×
실시예 4	1.6 x 10⁶	×
실시예 5	1.2 x 10⁶	×
실시예 6	1.8 x 10⁶	△
실시예 7	1.4 x 10⁶	△
비교예 2	3.5 x 10⁷	△

상기 표 2의 실시예 1 내지 7에서와 같이 고분자 응집 억제제를 첨가한 경우, 코팅성이 우수하고, 비교예에 비하여 표면저항이 그다지 증가하지 않으면서도, 코팅 과정에서 고분자의 응집 현상이 발생하지 않았다. 실시예 2 내지 5와 같이 고분자 응집 억제제로서 트리에탄올아민, 2-부틸아민, 퀴놀린, 벤조 트리아졸, 및 폴리비닐피롤리돈을 사용한 경우 응집 방지 효과는 특히 뛰어났다.

비교예 2에서처럼 첨가제의 함량이 많아지면 표면 저항이 증가하여 대전방지 성능을 떨어지고 코팅액의 분산성이 나빠진다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 대전방지용 코팅 조성물을 이용하여 대전방지 코팅막을 형성하면, 기기의 금속부분에서 발생하는 고분자의 응집 현상을 효과적으로 제거하여 코팅 작업의 효율성 및 생산성을 높일 수 있다.

따라서 본 발명에 따라 제조된 대전방지 코팅막은 우수한 대전방지 기능과 투명성을 갖고, 반도체, 디스플레이 산업의 여러 부분에 응용될 수 있다.

Claims

대전방지용 코팅 조성물에 있어서,

폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계 고분자 화합물 또는 이들의 혼합물을 함유하는 전도성 고분자 수분산액 1 내지 30 중량%;

수용성 바인더 수지 5 내지 25중량%;

탄소수 1 내지 5의 지방족 알콜 용매 5 내지 40중량%;

디메틸술폭사이드, 프로필렌글리콜메틸에테르, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 부틸카비톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 기능성 유기 용매 5 내지 30중량%;

물 10 내지 50중량%; 및

에틸렌 디아민(ethylene diamine), 디메틸에틸렌 디아민(dimethyl ethylene diamine), 2-부틸아민(2-butylamine), 트리에탄올아민(triethanolamine), 벤조트리아졸(benzotriazole), 벤조티아졸(benzothiazole), 피리딘(pyridine), 톨릴트리아졸(tolyltriazole), 퀴놀린(quinoline), 이미다졸(imidazole), 벤지미다졸(benzimidazole), 5-메틸-1H-벤조트리아졸(5-methyl-1H-benzotriazole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 및 N-페닐티오우레아(N-phenylthiourea)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자 응집 억제제 0.001 내지 10중량%를 포함하는 대전방지용 코팅 조성물.
제1항에 있어서, 상기 전도성 고분자 수분산액에 포함된 전도성 고분자는 폴리에틸렌 디옥시티오펜(polyethylen dioxithiophene; PEDOT)인 것을 특징으로 하는 대전방지용 코팅 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수용성 바인더 수지는 폴리우레탄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐아세테이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 대전 방지용 코팅 조성물.
삭제
제1항에 있어서, 상기 알콜 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 대전방지용 코팅 조성물.
제1항에 따른 코팅 조성물을 기판에 코팅하는 단계; 및

상기 코팅된 조성물을 건조하는 단계를 포함하는 대전방지 코팅막을 제조하는 방법.
제6항의 방법에 의하여 제조되는 대전방지 코팅막.