KR101577374B1 - 광학용 폴리에스테르 필름 - Google Patents

광학용 폴리에스테르 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프리즘용 필름, 하드코팅필름 또는 반사방지필름 등으로 사용하기에 적합한 투과율 및 반사율을 가지며 무용제형 UV수지 및 미경화형 UV수지에 대해 부착력이 매우 우수한 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 광학용 폴리에스테르 기재필름과, 상기 기재필름의 적어도 한 면에 프라이머 코팅된 프라이머층을 포함하는 필름으로서, 상기 프라이머층은 수분산성 폴리우레탄 수지, 반응촉매, 비이온계 계면활성제 및 무기 나노입자를 함유하는 코팅액으로 도포되어 형성되되, 상기 폴리우레탄 수지는 한쪽 말단기가 아크릴레이트인 폴리우레탄 수지를 3중량% 이상 포함하는 수지인 것을 특징으로 한다.

Description

광학용 폴리에스테르 필름{POLYESTER FILM FOR OPTICAL USE}
본 발명은 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프리즘용 필름, 하드코팅필름 또는 반사방지필름 등으로 사용하기에 적합한 투과율 및 반사율을 가지며 무용제형 UV수지 및 미경화형 UV수지에 대해 부착력이 매우 우수한 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.
일반적으로, 기능성 고분자 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리카보네이트(PC)와 같은 폴리에스테르계 기재가 있으며, 이는 치수 안정성, 두께 균일성 및 광학적 투명성이 우수하여 디스플레이 기기뿐만 아니라 여러 산업용 재료로 그 이용 범위가 매우 넓다. 특히, 광학용 폴리에스테르계 기재는 폴리에스테르 기재필름 상에 프라이머층이 형성된 것으로, 프라이머층 구성 요소로서 폴리에스테르계 기재와의 접착성이 우수한 공중합 폴리에스테르계 수지가 주로 사용되어, 대개 고분자 기재필름과 프라이머층의 접착성이 우수하다.
그러나 공중합 폴리에스테르 수지를 단독을 사용할 경우 기재 필름과의 접착성은 우수하나 프리즘렌즈, 반사방지층 또는 하드코팅층 등의 후가공 처리되는 기능층과의 부착력에는 문제가 발생하는 경우가 많다.
이러한 기능층과의 밀착성을 향상시키기 위한 프라이머층으로 폴리우레탄 수지를 이용한 프라이머층을 코팅하는 방법이 연구되고 있다. 그러나 일반적인 폴리우레탄 수지를 사용할 경우 최근 도입되고 있는 무용제형 UV수지 및 미경화형 UV수지와의 부착력에 문제가 발생하여 최종제품 및 가공 공정 상에 문제를 일으키고 있다.
이에, 본 발명에서는 폴리우레탄 수지와 반응 촉매를 포함하며, 계면활성제와 무기입자를 포함하는 코팅액의 도포를 통해 프라이머층을 형성하였으며, 이때 폴리우레탄 수지의 한쪽 말단기가 아크릴레이트기인 폴리우레탄을 일부 포함하여 무용제형 UV수지 및 미경화형 UV수지와의 부착력을 향상시킨 광학용 폴리에스테르 필름을 고안하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 프리즘용 필름, 하드코팅필름 또는 반사방지필름 등으로 사용하기에 적합한 투과율 및 반사율을 가지며 무용제형 UV수지 및 미경화형 UV수지에 대해 부착력이 매우 우수한 광학용 폴리에스테르 필름을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.
상기 목적은, 광학용 폴리에스테르 기재필름과, 상기 기재필름의 적어도 한 면에 프라이머 코팅된 프라이머층을 포함하는 필름으로서, 상기 프라이머층은 수분산성 폴리우레탄 수지, 반응촉매, 비이온계 계면활성제 및 무기 나노입자를 함유하는 코팅액으로 도포되어 형성되되, 상기 폴리우레탄 수지는 한쪽 말단기가 아크릴레이트인 폴리우레탄 수지를 3중량% 이상 포함하는 수지인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름에 의해 달성된다.
여기서, 상기 수분산성 폴리우레탄 수지의 말단기는 일부 또는 전부가 무기산 염기로 블로킹되어 있는 이소시아네이트기인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 코팅액은 고형분 기준, 상기 한쪽 말단기가 아크릴레이트인 폴리우레탄 수지를 3중량% 이상 포함하는 폴리우레탄 수지 2~8중량%에 대해 반응촉매 0.02~0.14중량%, 비이온계 계면활성제 0.05~0.4중량% 및 무기 나노입자 0.01~0.16중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 무기 나노입자는 평균 입경 50nm 내지 300nm인 산화티타늄, 티타늄-유기물 합성체, 실리카 또는 실리카-유기물 합성체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 프라이머층의 두께는 35 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 프라이머층이 형성된 폴리에스테르 필름은 광투과율이 85% 이상, 헤이즈 값이 3.5% 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 프리즘용 필름, 하드코팅필름 또는 반사방지필름 등으로 사용하기에 적합한 투과율 및 반사율을 가지며 무용제형 UV수지 및 미경화형 UV수지에 대해 부착력이 매우 우수한 등의 효과를 가진다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다.
본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
달리 기술되지 않는다면, 모든 백분율, 부, 비 등은 중량 기준이다. 또한 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위 또는 바람직한 상한치와 바람직한 하한치의 목록 중 어느 하나로 주어질 경우, 이것은 범위가 별도로 개시되는 지에 관계없이 임의의 상한 범위 한계치 또는 바람직한 값과 임의의 하한 범위 한계치 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는다면, 그 범위는 그 종점 및 그 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 범주는 범위를 정의할 때 언급되는 특정 값으로 한정되지 않는 것으로 의도된다.
용어 "약"이라는 용어가 값 또는 범위의 종점을 기술하는 데 사용될 때, 본 개시 내용은 언급된 특정의 값 또는 종점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)", "구비하다(include)", "구비하는(including) ", "함유하는(containing)", "~을 특징으로 하는(characterized by)", "갖는다(has)", "갖는(having)"이라는 용어들 또는 이들의 임의의 기타 변형은 배타적이지 않은 포함을 커버하고자 한다. 예를 들어, 요소들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 용품, 또는 기구는 반드시 그러한 요소만으로 제한되지는 않고, 명확하게 열거되지 않거나 그러한 공정, 방법, 용품, 또는 기구에 내재적인 다른 요소를 포함할 수도 있다. 또한, 명백히 반대로 기술되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 '또는'을 말하며 배타적인 '또는'을 말하는 것은 아니다.
출원인이 "포함하는"과 같은 개방형 용어로 발명 또는 그 일부를 정의한 경우, 달리 명시되지 않는다면 그 설명이 "본질적으로 이루어진"이라는 용어를 이용하여 그러한 발명을 설명하는 것으로도 해석되어야 함이 쉽게 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 광학용 폴리에스테르 기재필름과, 상기 기재필름의 적어도 한 면에 프라이머 코팅된 프라이머층을 포함하는 필름으로서, 상기 프라이머층은 수분산성 폴리우레탄 수지, 반응촉매, 비이온계 계면활성제 및 무기 나노입자를 함유하는 코팅액으로 도포되어 형성되되, 상기 폴리우레탄 수지는 한쪽 말단기가 아크릴레이트인 폴리우레탄 수지를 3중량% 이상 포함하는 수지("부착력 향상 폴리우레탄 수지"라고도 한다.)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 폴리우레탄 수지로 한쪽 말단기가 아크릴레이트인 폴리우레탄 수지를 3중량% 이상 포함하는 수지를 사용할 수 있는데, 이는 한쪽 말단기가 아크릴레이트인 폴리우레탄 수지를 3중량% 미만 포함하는 폴리우레탄 수지의 경우 무용제형 UV수지 및 미경화형 UV수지에 대한 부착력 향상 효과가 미미하기 때문이다.
한쪽 말단기가 아크릴레이트인 반응형 폴리우레탄 수지를 포함함으로써 무용제형 UV수지와의 부착력을 향상시킬 수 있다. 즉 프라이머층과 폴리에스테르 필름 기재 및 광학 기능층과의 부착력이 우수할 뿐만 아니라, 우수한 광특성을 가지고, 말단기의 아크릴레이트 이중결합의 도입을 통해 무용제형 UV수지와의 부착력을 향샹시킬 수 있다.
본 발명에 사용되는 광학용 폴리에스테르 기재필름은 치수 안정성, 두께 균일성 및 광학적 투명성이 우수한 고기능성 고분자 기재로서, 그 사용이 특별히 제한되지 않으나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리카보네이트(PC)와 같은 폴리에스테르계 기재의 사용이 바람직하다.
코팅액에서 사용되는 반응촉매는 반응형 폴리우레탄 수지의 첨가 및 가교반응을 위해 사용되며 주석을 함유하는 촉매가 바람직하다.
보다 구체적으로는, 코팅액은 고형분 기준, 부착력 향상 폴리우레탄 수지 2~8중량%에 대해 반응촉매 0.02~0.14중량%, 비이온계 계면활성제 0.05~0.4중량% 및 무기 나노입자 0.01~0.16중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
무기 나노입자는 산화티타늄, 티타늄-유기물 합성체, 실리카 또는 실리카-유기물 합성체 중 적어도 하나로서, 평균 입경은 50nm 내지 300nm, 보다 바람직하게는 100nm 내지 200nm인 것이 바람직하다. 상기 무기 나노입자의 평균입경이 50nm 미만이면 자동화 시스템을 적용할 경우 미세 입자가 프라이머층 두께보다 낮아서 주행성 및 내 스크래치성에 도움을 주지 못하여 본 발명의 목적을 이룰 수 없으며, 무기 나노입자의 평균입경이 300nm를 초과하면 투과율과 헤이즈 등의 광 특성이 불량해지고, 광학기재 및 기능성 코팅층과의 부착력이 저하되어 바람직하지 않기 때문이다.
본 발명에서 "평균 입경"이라 함은 수 평균 입자지름을 말하고, 주사전자 현미경으로 배율 10,000배에서 수지(필름)에 첨가하기 전의 각 입자에 대해서, 100개씩 임의로 입자 지름을 측정하여 평균 입자지름 크기를 결정하는데, 이때 입자가 구상이 아닐 경우에는 가장 형상이 가까운 타원에 근사하고, 그 타원의 (장경+단경)/2로 결정한다.
또한 본 발명에 따른 상기 코팅액은 수계 도포를 위하여 분산된 계면활성제를 더 포함할 수 있으며, 광학용 폴리에스테르 기재필름의 습윤성을 증가시키고 수분산 코팅액을 균일하게 도포하기 위하여 공지의 음이온 또는 비이온 계면활성제를 기재 상에 도포할 수 있다.
또한 상기 코팅액이 도포되어 형성된 프라이머층의 두께는 35nm 내지 100nm를 가지며, 바람직하게는 50nm 내지 80nm 가 적당하다. 프라이머층의 두께가 35 nm 미만이면 부착력의 저하 및 도포 균일성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 고분자 기재의 접착력은 Cross cutter로 절단선을 그어서 만들어진 10 X 10 매트릭스에 2mm X 2mm 정사각형을 형성하여 이 중 떨어진 매트릭스(matrix) 개수에 의해 산출되며, 60℃ 이상 70℃ 이하 및 90% 이상 99% 이하 습도, 보다 바람직하게는 65℃ 및 95% 습도 조건에서 96시간의 고온고습 처리 후, 조금 더 가혹조건으로는 끓는 물에서 10분간 필름을 끓인 후에도 광학용 고분자 기재필름 및 프라이머층의 접착성이 100%를 나타내어 내습성이 우수하다고 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 프라이머층이 형성된 폴리에스테르 필름은 광투과율이 85% 이상, 헤이즈 값이 3.5% 이하인 것이 바람직하다.
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 하기 실시예 및 비교예에서 사용되는 "부착력 향상 폴리우레탄 수지"는 한쪽 말단기가 아크릴레이트기인 폴리우레탄 수지를 3중량% 이상 함유하는 수분산 폴리우레탄 수지이며 "일반 폴리우레탄 수지"는 말단기에 아크릴레이트기를 포함하지 않는 수분산 폴리우레탄 수지이다. "일반 폴리우레탄 수지"는 D사의 H-3를 사용하였으며 "부착력 향상 폴리우레탄 수지"는 D사의 H-3와 D사의 H-20을 24:1의 중량비로 혼합하여 제조하였다.
[실시예 1]
고형분 기준 부착력 향상 폴리우레탄 수지 4중량%, 반응촉매 0.04중량%, 비이온계 계면활성제 0.1중량% 및 실리카 무기입자 0.01중량%를 혼합하여 수분산 코팅액을 제조하였다. 상기 제조된 수분산 코팅액을 두께 125㎛인 폴리에스테르 필름에 도포하여 프라이머층을 가진 광학용 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[실시예 2]
고형분 기준 부착력 향상 폴리우레탄 수지 3중량%, 일반 폴리우레탄 수지 1중량%, 반응촉매 0.04중량%, 비이온계 계면활성제 0.1중량% 및 실리카 무기입자 0.01중량%를 혼합하여 수분산 코팅액을 제조하였다. 상기 제조된 수분산 코팅액을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 광학용 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[실시예 3]
고형분 기준 부착력 향상 폴리우레탄 수지 2중량%, 일반 폴리우레탄 수지 2중량%, 반응촉매 0.04중량%, 비이온계 계면활성제 0.1중량% 및 실리카 무기입자 0.01중량%를 혼합하여 수분산 코팅액을 제조하였다. 상기 제조된 수분산 코팅액을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 광학용 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[비교예]
고형분 기준 일반 폴리우레탄 수지 4중량%, 반응촉매 0.04중량%, 비이온계 계면활성제 0.1중량% 및 실리카 무기입자 0.01중량%를 혼합하여 수분산 코팅액을 제조하였다. 상기 제조된 수분산 코팅액을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 광학용 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따른 광학용 폴리에스테르 필름을 사용하여 다음과 같은 실험예를 통해 물성을 측정하고 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
[실험예]
1. 부착력 측정
와이어바(#8)를 사용하여 프라이머층이 형성되어 있는 표면에 무용제형 아크릴계 UV 경화수지를 도포시키고, Cross cutter로 프라이머층이 코팅된 기재에 절단선을 만들어서, 10 X 10개의 매트릭스에 2㎜ X 2㎜의 정사각형들을 배치한다. 절단선이 있는 필름에 셀로판 테잎(No. 405, NICHIBAN제; 넓이: 24㎜)을 붙이고, 벨벳을 이용하여, 테잎을 문질러서 필름에 강력하게 부착시킨 후, 수직으로 테잎을 떼어내어 기재상에 접착층으로 남아 있는 프라이머층의 면적을 시각적으로 관찰하고, 다음 수학식 1에 의해 부착력을 계산하였다.
(수학식 1)
부착력(%) = (100- 떼어낸 갯수)(%)
2. 내습 부착력 측정
와이어바(#8)를 사용하여 프라이머층이 형성되어 있는 표면에 무용제형 아크릴계 UV 경화수지를 도포시키고, 끓는 물에서 10분동안 열처리한 후 절단기로 프라이머층이 코팅된 기재에 절단선을 만들어서, 10 X 10개의 매트릭스에 2㎜ X 2㎜의 정사각형들을 배치한다. 절단선이 있는 필름에 셀로판 테잎(No. 405, NICHIBAN제; 넓이: 24㎜)을 붙이고, 벨벳을 이용하여, 테잎을 문질러서 필름에 강력하게 부착시킨 후, 수직으로 테잎을 떼어내어 기재 상에 접착층으로 남아 있는 프라이머층의 면적을 시각적으로 관찰하고, 상기 수학식 1에 의해 내습 부착력을 계산하였다.
구분 부착력(%) 내습 부착력(%)
실시예 1 100 100
실시예 2 100 95
실시예 3 95 80
비교예 90 70
상기 표 1에서와 같이, 본 발명에 따른 실시예들의 경우 한쪽 말단기가 이중결합을 포함하는 아크릴레이트기인 폴리우레탄 수지를 일부 포함하는 폴리우레탄 수지를 사용함으로써 무용제형 UV수지에 대해 우수한 부착력 및 광특성을 가지는 폴리에스테르 필름을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 폴리에스테르 기재필름 상에 폴리우레탄의 한쪽 말단기에 아크릴레이트기를 포함한 수분산 폴리우레탄 수지를 함유한 코팅액을 도포하여 프라이머층을 형성함으로써, 무용제형 UV수지 및 미경화형 UV수지와의 접착성뿐만 아니라, 기재필름 및 프라이머층 간의 접착성이 우수하고, 고온고습의 조건하에서도 폴리에스테르 기재필름과의 우수한 접착성이 유지되어 내습성이 우수하여 특히 프리즘 필름, 하드코팅 필름 또는 반사방지 필름용으로서의 산업이용 가치가 매우 높다고 할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (6)

  1. 광학용 폴리에스테르 기재필름과, 상기 기재필름의 적어도 한 면에 프라이머 코팅된 프라이머층을 포함하는 필름으로서,
    상기 프라이머층은 수분산성 폴리우레탄 수지, 반응촉매, 비이온계 계면활성제 및 무기 나노입자를 함유하는 코팅액으로 도포되어 형성되되,
    상기 폴리우레탄 수지는 한쪽 말단기가 아크릴레이트인 폴리우레탄 수지를 3중량% 이상 포함하는 수지이고,
    상기 코팅액은 고형분 기준, 상기 한쪽 말단기가 아크릴레이트인 폴리우레탄 수지를 3중량% 이상 포함하는 폴리우레탄 수지 2~8중량%에 대해 반응촉매 0.02~0.14중량%, 비이온계 계면활성제 0.05~0.4중량% 및 무기 나노입자 0.01~0.16중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무기 나노입자는 평균 입경 50nm 내지 300nm인 산화티타늄, 티타늄-유기물 합성체, 실리카 또는 실리카-유기물 합성체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머층의 두께는 35 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
  6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프라이머층이 형성된 폴리에스테르 필름은 광투과율이 85% 이상, 헤이즈 값이 3.5% 이하인 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
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