KR101404759B1

KR101404759B1 - 우수한 광학특성 및 분산 안정성을 갖는 컬러필터용 안료 분산액

Info

Publication number: KR101404759B1
Application number: KR1020120022905A
Authority: KR
Inventors: 정민결; 이종익
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2014-06-13
Also published as: KR20130101850A

Abstract

본 발명은 컬러필터용 안료 분산액에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드로 표면개질된 폴리우레탄을 포함하여 우수한 광학특성 및 분산 안정성을 나타내며, 안료 타입에 비특이적 성향을 지니며 범용적인 사용이 가능하여 LCD의 컬러필터에 적용되기에 특히 적합한 안료 분산액에 관한 것이다.

Description

우수한 광학특성 및 분산 안정성을 갖는 컬러필터용 안료 분산액{A pigment dispersion for color filter having good optical properties and dispersion stability}

LCD에서는 색을 구현하기 위하여 R, G, B의 삼원색에 해당하는 컬러필터를 사용한다. R, G, B 컬러필터를 인접하게 배치시키고 각각의 컬러필터에 해당 색의 신호를 인가하여 밝기를 제어함으로써 색을 표현하는 것이다.

LCD는 특히 업무상 또는 개인 용도로 그 사용 범위가 확대되고 있으며, 다양한 외광 조건하에서도 사용될 수 있도록 요구되고 있다. 이는 컬러필터의 제품성능에 의하여 좌우되며, 컬러필터에 있어서 가장 중요한 요소는 색상을 나타내는 안료 분산액의 광학특성이다. 이러한 광학특성의 시인성을 결정하는 것은 콘트라스트 비율 (Contrast Ratio, CR, 명암비) 값이다.

명암비 = (white luminance + α) / (black luminance + α)

여기에서 α는 외부광에 의한 반사광의 휘도를 나타낸다. 위 식은 외부광에 의한 반사광의 휘도값이 크면 클수록 명암비(CR) 값이 감소한다는 것을 나타낸다. 따라서 외부광에 의한 반사광을 줄여 LCD의 화질을 향상시키기 위해서는 명암비 값을 증가시켜야 한다.

컬러필터의 제조 방법에는 사용되는 유기 필터의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식이 있으며, 제작 방법에 따라 인쇄법, 염색법, 전착법, 안료분산법, 유기안료 증착법, 사진 필름법 등이 있다.

이 중에서 안료분산법이란 안료에 의하여 조색되어 감광화된 레지스트를 기판에 도포, 패턴 노광, 현상을 반복하여 R, G, B 3색의 컬러필터를 형성하는 방법이다.

안료분산법에서의 안료 입자는 일반적으로 빛을 산란시키는 성질이 있지만, 입자의 크기가 빛의 파장의 1/2보다 작을 경우에는 산란이 매우 힘들어지므로 작은 입자의 안료를 사용할수록 우수한 분산광학 특성을 나타낸다. 실제로 컬러 필터의 제조에는 안료의 최대 기본(primary) 입자 크기가 100 nm 이하, 바람직하게는 80 nm 이하인 것을 사용한다.

작은 입자의 안료를 사용할 경우 빛의 산란이 방지되므로 투명도, 즉 투과율이 높고 색의 강도(strength) 특성이 양호한 칼라 층을 얻을 수 있다. 반면 안료 입자의 크기가 작을수록 분산 진행 중 비표면적의 증가로 인하여 다시 응집되려는 성질이 크기 때문에 분산 공정 및 분산 조성물의 구성에 있어서 세심한 주의가 필요하다.

기존에는, 광학특성을 우수하게 제조하기 위하여 안료 입자의 크기를 미세화 분산하는 과정에서 안료 입자의 비표면적이 증가함에 따라 이를 보완하기 위하여 분산제 혹은 수지를 증량하거나 특정 안료의 유도체를 적용하는 등의 방법을 일반적으로 사용하였다.

그러나 분산제 혹은 수지의 증량이 적정 수준을 넘어가면 분산에 기여하지 못할 뿐만 아니라, 오히려 미분산 잔여 부산물로서 작용하게 되어 광산란을 더욱 발생시키는 등 광학특성의 저해 요인으로 작용한다. 또한, 조성물 내에서 서로 상호작용(interaction)을 유발하여 저장성에도 부정적인 결과를 낳는 등 문제점이 많다.

위의 문제점을 해결하기 위하여 분산제 혹은 수지의 함량을 최소로 유지하는 대신 특정안료의 유도체를 도입하는 방법(대한민국 특허공개 10-2008-0105716호)이 제안되었지만, 이 방법은 패턴 특성의 저하 및 현상시간의 증가 등 컬러필터 공정에 부정적 요인을 제공하고, 안료 유도체의 고유한 색 특성으로 인하여 색좌표에 있어서 목표하지 않는 색 방향이 도출되는 문제가 있으며, 또한 내열성이 취약하여 컬러필터 공정의 고온 베이킹(baking) 과정에서 분해되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 분산제, 수지 및/또는 안료유도체의 증량 방식에 비하여 광학특성 및 분산 안정성을 대폭 향상시킨 컬러필터용 안료 분산액을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 컬러필터용 안료 분산액에 있어서 분산성 향상을 위한 첨가제로서 사용되기에 적합한, 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드로 표면개질된 폴리우레탄을 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 안료, 분산제, 분산 용매 및 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드로 표면개질된 폴리우레탄을 포함하는 안료 분산액이 제공된다.

본 발명에 따른 안료 분산액은 광학특성 및 분산 안정성이 매우 우수하며, 따라서 안료 분산액 내의 다른 성분인 분산제, 수지, 안료 유도체 등의 첨가량을 기존 기술 대비 감량하더라도 광학특성 및 저장 안정성이 손실되지 않고, 또한 컬러필터 공정에서 색특성, 현상성 및 패턴특성 등을 조정하기가 용이하다.

이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.

1. 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드로 표면개질된 폴리우레탄

본 발명의 안료 분산액은 분산성 향상을 위한 첨가제로서 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드로 표면개질된 폴리우레탄을 포함한다.

폴리에틸렌옥사이드는 바람직하게는 500~20,000의 중량평균분자량을 가지며, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 1로 나타낼 수 있다.

[화학식 1]

상기 식 1에서,

Y₁ 및 Y₂는 각각 독립적으로 직접결합, -O-, -S-, -SO₂-, -CO-, -NH₂-, -CH₂NHCOCH₂-, 치환 또는 비치환 C1-C30알킬렌기, 치환 또는 비치환 C1-C30헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환 C6-C30아릴렌기, 치환 또는 비치환 C6-C30아릴-C1-C30알킬렌기, 치환 또는 비치환 5-30원(5-30 membered) 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환 5-30원 헤테로아릴-C1-C30알킬렌기, 치환 또는 비치환 C5-C20사이클로알킬렌기, 혹은 치환 또는 비치환 5-30원 헤테로사이클로알킬렌기를 나타내고,

X₁ 및 X₂ 는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, 니트로기, 치환 또는 비치환 아미노기, 시아노기, 치환 또는 비치환 C1-C10알킬기, 치환 또는 비치환 C1-C10알콕시기, 치환 또는 비치환 C6-C10아릴기, 치환 또는 비치환 C6-C10아릴-C1-C10알킬기, 치환 또는 비치환 C6-C10아릴옥시기, 치환 또는 비치환 C3-C10헤테로알킬기, 치환 또는 비치환 C3-C10헤테로알콕시기, 치환 또는 비치환 5-12원 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환 5-30원 헤테로아릴-C1-C10알킬기, 치환 또는 비치환 5-12원 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환 C3-C10사이클로알킬기, 치환 또는 비치환 C3-C10헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환 C3-C10알킬-에스테르기, 치환 또는 비치환 C3-C10헤테로알킬-에스테르기, 치환 또는 비치환 C6-C10아릴-에스테르기, 혹은 치환 또는 비치환 5-12원 헤테로아릴-에스테르기를 나타내며,

n은 20 내지 80의 정수를 나타낸다.

본 명세서에 기재된 치환기 정의에서 용어 “치환 또는 비치환”이란 할로겐, 니트로기, 아미노기, 시아노기, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, C6-C10아릴기 등으로 치환되거나, 치환되지 않음을 의미한다.

또한 본 명세서에 기재된 치환기 정의에서 용어 “헤테로~”란 해당 치환기가 N, O 및 S 로부터 선택되는 1~3개의 헤테로원자를 포함함을 의미한다.

폴리에틸렌옥사이드는 그 양 말단 또는 한쪽 말단이 설폰화된 후 폴리우레탄의 표면개질에 사용된다. 바람직하게는 폴리에틸렌옥사이드의 한쪽 말단만이 설폰화된다. 또한 바람직하게는, 한쪽 말단의 설폰화 이후 나머지 말단에 이소시아네이트(isocyanate)기가 도입된다.

폴리에틸렌옥사이드의 설폰화는 통상의 설폰화 반응에 따라 수행될 수 있다. 즉, 적절한 온도(예컨대, 50~80℃)의 용매(예컨대, N,N-디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드 등) 중에서 적절한 설폰화제(예컨대, 프로판 술톤(propane sultone), 펜탄 술톤(pentane sultone), 헥산 술톤(hexane sultone) 등)와 폴리에틸렌옥사이드를 반응시킴으로써 그 말단을 설폰화할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 하기 화학식 2의 화합물이 폴리에틸렌옥사이드의 설폰화에 사용될 수 있다.

[화학식 2]

상기 식 2에서,

Y₁ 은 독립적으로 -C-, -O-, -S-, -SO₂-, -CO-, -NH₂-, -CH₂NHCOCH₂-, 치환 또는 비치환 C1-C6알킬렌기, 치환 또는 비치환 C1-C6헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환 C6-C12아릴렌기, 치환 또는 비치환 C6-C12아릴-C1-C6알킬렌기, 치환 또는 비치환 5-12원 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환 5-12원 헤테로아릴-C1-C6알킬렌기, 치환 또는 비치환 C5-C12사이클로알킬렌기, 혹은 치환 또는 비치환 5-12원 헤테로사이클로알킬렌기를 나타내고,

X₁ 및 X₂ 는 O 를 나타낸다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 폴리에틸렌옥사이드의 한쪽 말단의 설폰화 이후 나머지 말단에 이소시아네이트기가 도입된다. 이소시아네이트기의 도입은 예컨대 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI)를 한쪽 말단이 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드와 반응시키는 것에 의해 수행될 수 있다. 즉, 적절한 온도(예컨대, 50℃~80℃)의 용매(예컨대, N,N-디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드 등) 중에서 적절한 이소시아네이트 화합물(예컨대, HMDI, MDI(methylene diphenyl diisocyanate), EDI(diphenylethane diisocyanate) 등)과 한쪽 말단이 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드를 반응시킬 수 있다.

임의로 이소시아네이트기가 도입된, 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드는 이어서 폴리우레탄과 반응하여 그 표면을 개질시킨다.

바람직하게는, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI)를 이용한 알로파네이트 반응을 통하여 표면에 자유 이소시아네이트기가 도입된 폴리우레탄(즉, PU-NCO)을 제조한 뒤, 이것을 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드와 반응시켜 그 표면을 개질시킬 수 있다.

설폰화된 폴리에틸렌옥사이드(PEO-SO₃H)와 폴리우레탄(PU 또는 PU-NCO)과의 반응은 통상의 방법에 따라 수행될 수 있다. 즉, 적절한 온도(예컨대, 50~80℃)하에 PEO-SO₃H와 PU 또는 PU-NCO를 충분히 팽윤시킬 수 있는 용매(예컨대, 디메틸포름아마이드, N,N-디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드 등) 중에서 이들을 반응시킬 수 있다.

상기한 바와 같이하여 얻어진, 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드로 표면이 개질된 폴리우레탄의 황(sulfur) 함량은, 작용기에 황이 이론적으로 모두 붙는 경우(이론치)를 100중량%로 보았을 경우, 이론치 대비 50중량% 이상인 것이 바람직하고, 60중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한 바람직하게는, 한쪽 말단이 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드의 황(sulfur) 함량이 이론치 대비 50중량% 이상, 보다 구체적으로는 50~100중량%, 보다 더 구체적으로는 50~99중량%이며, 보다 바람직하게는 90중량% 이상이다.

이러한 수준으로 표면 개질된 폴리우레탄은 설폰기의 음전하성(negative charge)으로 인해 친수성이 향상되며, 이는 동적 접촉각(dynamic contact angle) 측정에 의하여 확인할 수 있다. 즉, 기재로 쓰인 폴리우레탄 단독과 비교하여 동적 접촉각이 낮아진다면 표면이 개질되었음을 의미한다. 접촉각이 낮을수록 수화가 많이 되었다는 것을 의미하며(즉, 수화가 많이 되지 않은 상태에서는 친유성을 띠게 되어 친수성 재료와는 이질적으로 되어서 들뜨게 됨), 따라서 접촉각이 낮아질수록 표면이 많이 개질되었음을 의미한다.

표면 개질의 정도는 또한 수화(hydration)능력을 평가함으로써 파악될 수 있다. 예컨대, 25℃에서 48시간 동안 증류수에 표면개질된 폴리우레탄을 함수시키고, 설폰화 되지 않은 기재로 쓰인 폴리우레탄 단독을 대조군으로 하여 수화능력을 상대평가함으로써 표면 개질의 정도를 확인할 수 있다.

본 발명의 표면개질된 폴리우레탄은 바람직하게는, 동적 접촉각 평가시 48시간 수화후 1^st cycle θ_adv 값이 55~70, 1^st cycle θ_rec값이 40~50, 2^nd cycle θ_adv 값이 55~70, 그리고 2^nd cycle θ_rec값이 40~50인 것 중 하나 이상을 만족시킨다. 또한 25℃에서 48시간 동안 증류수에서 수화시킨 후 10 내지 300중량%의 중량변화율을 나타내는 것이 바람직하다. 여기서, 동적 접촉각(Dynamic contact angle) 측정시 접촉각의 측정 도입부는 adv, 측정후 도막표면과 흡착이 떨어지는 부분은 rec으로 표시하며, 이는 기기적으로 세팅된 값이다.

또한 본 발명의 표면개질된 폴리우레탄은 바람직하게는, 원소분석시 1 내지 2 중량%의 황(sulfur) 함량을 나타낸다.

상기 표면개질 폴리우레탄은 안료 분산액 중에 첨가되어 분쇄 및 분산 과정 동안 안료와 안료 사이에서 완충작용을 하며 안료의 표면에 반발력을 가하는 효과를 가져 온다. 이러한 표면개질 폴리우레탄은 본 발명의 안료 분산액 총량에 대하여 0.1 내지 50중량%의 함량으로 사용될 수 있다. 표면개질 폴리우레탄 함량이 0.1중량% 미만이면 분산 안정성 및 광학특성의 개선 효과가 충분치 않을 수 있고, 50중량%를 초과하면 휘도, 명암비 등에 문제가 있을 수 있다.

2. 안료 분산액

본 발명의 안료 분산액은 분산성 향상을 위한 첨가제로서 상기 설명한 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드로 표면개질된 폴리우레탄 이외에, 안료, 분산제 및 분산 용매를 포함한다.

안료의 경우 다음과 같은 것들이 사용될 수 있다.

적색 안료: C.I. Pigment Red 7, 14, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 81:1, 81:2, 81:3, 146, 177, 184, 185, 187, 200, 202, 208, 210, 246, 254, 255, 264, 270, 272 등

녹색 안료: C.I. Pigment Green 7, 10, 36, 37 등

청색 안료: C.I. Pigment Blue 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 80 등

황색 안료: C.I. Pigment Yellow 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 24, 31, 32, 34, 35, 35:1, 36, 36:1, 37, 37:1, 40, 42, 43, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 65, 73, 74, 77, 81, 83, 93, 94, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 126, 127, 128, 129, 138, 139, 147, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 161, 162, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 185, 187, 188, 193, 194, 199, 213, 214 등

자색 안료: C.I. Pigment Violet 23, 34, 35, 37 등.

본 발명의 안료 분산액에 포함되는 분산 용매로는 탄소원자수 3 내지 12의 유기 용매, 예컨대, 에스테르, 케톤, 에테르, 알코올, 탄화수소 및 이들의 조합으로부터 선택된 것이 바람직하게 사용될 수 있다. 에스테르, 케톤, 에테르 또는 알코올 용매는 고리 구조를 가질 수 있다. 또한, 에스테르, 케톤 및 에테르와 같은 작용기(-C(=O)O-, -C(=O)- 및 -O-)를 2개 이상 갖는 화합물도 용매로서 사용할 수 있으며, 알콜계 히드록시와 같은 다른 작용기도 동시에 존재할 수 있다.

탄소원자수 3 내지 12개를 갖는 에스테르의 예로는 에틸 포르메이트, 프로필 포르메이트, 펜틸 포르메이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트 및 펜틸 아세테이트 등을 들 수 있다.

탄소원자수 3 내지 12개를 갖는 케톤의 예로는 아세톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 디에틸 케톤, 디이소부틸 케톤, 시클로펜타논, 시클로헥사논 및 메틸시클로헥사논 등을 들 수 있다.

탄소원자수 3 내지 12개를 갖는 에테르의 예로는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디이소프로필에테르, 디메톡시메탄, 디메톡시에탄, 1,4-디옥산, 1,3-디옥산, 테트라히드로퓨란, 아니솔 및 펜에톨 등을 들 수 있다.

또한 2종 이상의 작용기를 갖는 용매의 예로는 2-에톡시헥실 아세테이트, 2-메톡시에탄올 및 2-부톡시에탄올 등을 들 수 있다.

이와 같은 분산 용매는 본 발명의 안료 분산액에서 안료 입자들을 분산시킬 수 있는 함량으로 사용될 수 있으며, 특별한 제한은 없다. 바람직하게는, 안료 100 중량부에 대하여 용매 100 내지 1,000중량부의 함량으로 사용할 수 있다. 안료 100 중량부에 대하여 용매의 함량이 100 중량부 미만이면 안료의 분산이 충분치 않을 수 있고 점도가 높아져 작업성 등이 저하되기 쉬우며, 1,000중량부를 초과하면 안료 농도가 지나치게 낮아져 목적하는 색상이 충분히 발현되지 못할 수 있다.

본 발명의 안료 분산액에 포함되는 분산제로는 고분자량 분산제를 사용하는 것이 바람직하다.

고분자량 분산제의 중량평균분자량은 바람직하게는 1,000 내지 100,000 범위내, 보다 바람직하게는 5,000 내지 30,000이다. 이와 같은 고분자량 분산제로는 시판중인 제품, 예를 들어 상품명 LP N-21116(BYK사 제조), PB-821(Ajinomoto Fine Techno사 제조), SP24000(Avecia사 제조)을 사용할 수 있다.

고분자량 분산제 외에 수지형 분산제를 추가로 사용할 수도 있다. 수지형 분산제는 안료에 흡착하는 성질을 갖는 안료 친화성 부위 및 안료 담체와 상용성이 있는 부위를 포함하고, 안료에 흡착하여 안료의 안료 담체로의 분산을 안정화하는 기능을 수행한다.

이와 같은 수지형 분산제로는, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 등의 폴리카르복실산 에스테르, 불포화폴리아미드, 폴리카르복실산, 폴리카르복실산 아민염, 폴리카르복실산 암모늄염, 폴리카르복실산알킬 아민염, 폴리실록산, 장쇄 폴리아미노아미드인산염, 수산기함유 폴리카르복실산 에스테르 또는 이들의 변성물, (메타)아크릴산-스티렌 공중합체, (메타)아크릴산-(메타)아크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-말레산 공중합체, 폴리비닐알콜, 폴리에스테르계, 변성 폴리아크릴레이트계 등을 사용할 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 안료 분산액에서 분산제는 안료 100중량부에 대하여 바람직하게는 1 내지 30중량부의 함량으로 사용할 수 있다. 안료 100중량부에 대하여 분산제 함량이 1중량부 미만이면 분산 효과가 충분치 않을 수 있고, 30 중량부를 초과하면 경제성이 저하되어 바람직하지 않다.

본 발명의 안료 분산액에는 상기한 성분들 이외에 안료 분산액에 통상 첨가되는 성분들, 예컨대 안료유도체, 추가의 수지 성분 등이 더 포함될 수 있다. 본발명의 일 구체예에 따르면, 이러한 추가 성분으로서 중량평균분자량이 5,000~30,000이고 산가가 30~200 mgKOH/g인 아크릴 수지가 사용될 수 있다.

본 발명의 안료 분산액을 제조하는 방법에는 특별한 제한이 없으며, 통상의 방법을 그대로 또는 적절히 변형하여 사용할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 표면개질 폴리우레탄을 용매에 용해시켜 균질화시킨 후, 여기에 안료, 분산제 및 임의의 추가 성분들을 가하고 비드 존재하에 분쇄 및 분산한 후, 여과하여 안료 분산액을 제조할 수 있다. 필요시, 보다 미세한 비드를 사용하는 추가의 분산과정을 거칠 수도 있다.

본 발명의 안료 분산액은 다양한 표시소자에 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 칼라필터를 제조하는데 유용하다.

이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

1. 표면개질 폴리우레탄( PU - PEO - SO ₃ H )의 제조

(1) 폴리에텔렌옥사이드의 설폰화

60℃ 하에 N, N-디메틸아세트아미드 용매 중에서 설폰화제(프로판 술톤)와 폴리에틸렌옥사이드(중량평균분자량: 약 10,000, 말단 작용기: 아미노기)를 9:1의 중량비로 혼합한 후 8시간 반응시켜 한쪽 말단이 설폰화된 폴리에텔렌옥사이드를 얻었다.

상기 얻어진, 한쪽 말단이 설폰화된 폴리에텔렌옥사이드 90중량부에 이소시아네이트 화합물(HMDI) 10중량부를 투입하고 같은 온도에서 반응시켜, 한쪽 말단이 설폰화되고 다른 말단에는 이소시아네이트기가 도입된 폴리에틸렌옥사이드를 얻었다.

(2) 폴리우레탄의 표면개질

폴리우레탄 기재(PU) 표면에 자유 이소시아네이트기를 도입한 폴리우레탄(PU-NCO)과 상기에서 수득된 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드(PEO-SO₃H)를 60℃ 하에 용매(N,N-디메틸아세트아미드) 중에서 3시간 반응시켜 표면이 개질된 폴리우레탄(PU-PEO-SO₃H)을 얻었다.

제조된 표면개질 폴리우레탄에 대하여 동적 접촉각 측정시험을 수행하였다. 대조군으로는 기재로 쓰인 폴리우레탄(PU)을 사용하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

또한, 제조된 표면개질 폴리우레탄에 대하여 원소분석(elemental analysis)을 시행하여 황 함량을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 표면개질 폴리우레탄의 황 함량은 이론치 대비 68% 이상이었다.

또한, 제조된 표면개질 폴리우레탄에 대하여 수화(hydration)등력을 평가하였다(25℃ 증류수, 48시간). 대조군으로는 기재로 쓰인 폴리우레탄(PU)을 사용하였다. 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

2. 안료 분산액의 제조

하기 표 4에 나타낸 함량으로 각 성분들을 혼합한 후, 직경 1.0mm 지르코늄 비드를 사용하여 Basket Mill로 10시간 분산한 후, 5㎛의 필터로 여과하고, 0.3mm 지르코늄 비드를 사용하여 2차 분산을 진행하여 각 실시예 및 비교예의 안료 분산액을 제조하였다.

- 안료: RED BK-CF (Basf 社)

- 안료유도체: Daiwa Y SRND

- 분산제: LP N-21116, PB-821, SP24000의 3종의 분산제를 1:1:1의 중량비로 혼합사용

- 아크릴 수지(중량평균분자량 약 25,000, 산가 약 110)

- PU-PEO-SO₃H: 상기 제조된 표면개질 폴리우레탄

- 분산 용매: 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트

제조된 각 안료 분산액에 대하여, 표 5에 나타낸 물성항목들을 상대평가하여 그 결과를 표 5에 나타내었다. 평가기준은 다음과 같다.

◎: 매우 우수, ○: 우수, △: 보통, X: 나쁨

물성평가에 사용된 분석장비 내지 방법들은 다음과 같다.

점도계: Brookfield 제품 「DV-III ULTRA」

입도계: Otsuka 제품 「ELS-ZETA」

휘도계: Otsuka 제품 「MCPD-3000」

명암비 측정: TSUBOSAKA 제품「CT-1」

보존 안정성: 40℃에서 15일 동안 보관된 분산액의 점도를 측정한 뒤, 이를 보관 시작시의 초기 점도와 비교하여 점도 증가 정도로 평가함[초기 점도 대비 점도 증가분이 2% 미만: 매우 우수, 2%~5%: 우수, 5% 초과~10%: 보통, 10% 초과: 나쁨].

현상성: KOH 0.04% 함유 증류수로 제조한 현상액으로 Commercial Developer를 이용하여 현상 후, 현상 결과물을 육안평가.

[표 4]

[표 5]

상기 표 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 안료 분산액은 분산제, 수지, 안료 유도체를 비교예 보다 적게 사용하면서도 분산 안정성이 우수하고, 특히 휘도 및 명암비가 우수하였다.

Claims

한쪽 말단이 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드로 표면개질되며, 원소분석시 1 내지 2 중량%의 황 함량을 나타내는, 표면개질된 폴리우레탄; 안료; 분산제; 및 분산 용매;를 포함하는, 컬러필터용 안료 분산액.
제1항에 있어서, 상기 표면개질된 폴리우레탄이, 한쪽 말단이 설폰화되고 다른 쪽 말단에 이소시아네이트기가 도입된 폴리에틸렌옥사이드로 표면개질된 것임을 특징으로 하는, 컬러필터용 안료 분산액.
제1항에 있어서, 상기 표면개질된 폴리우레탄이, 표면에 자유 이소시아네이트기가 도입된 폴리우레탄의 표면을 한쪽 말단이 설폰화된 폴리에틸렌옥사이드로 개질하여 얻어진 것임을 특징으로 하는, 컬러필터용 안료 분산액.
제1항에 있어서, 상기 표면개질된 폴리우레탄이, 이론치를 100중량%로 보았을 경우, 이론치 대비 50중량% 이상의 황 함량을 나타내는 것임을 특징으로 하는, 컬러필터용 안료 분산액.
제1항에 있어서, 상기 표면개질된 폴리우레탄이, 동적 접촉각 평가시 48시간 수화후 1^st cycle θ_adv값이 55~70, 1^st cycle θ_rec값이 40~50, 2^nd cycle θ_adv값이 55~70, 그리고 2^nd cycle θ_rec값이 40~50인 것 중 하나 이상을 만족시키는 것임을 특징으로 하는, 컬러필터용 안료 분산액.
제1항에 있어서, 상기 표면개질된 폴리우레탄이, 25℃에서 48시간 동안 증류수에서 수화시킨 후 10 내지 300중량%의 중량변화율을 나타내는 것임을 특징으로 하는, 컬러필터용 안료 분산액.
제1항에 있어서, 컬러필터가 LCD용 컬러필터인 것을 특징으로 하는, 컬러필터용 안료 분산액.
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