KR101903070B1 - 내열 특성이 향상된 고분자 분산 액정 조성물 및 이로부터 제조된 pdlc형 조광체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 아크릴로일기를 포함한 실란계 단량체; 하나 이상의 싸이올기를 갖는 싸이올계 단량체; 아크릴계 단량체; 액정 혼합물; 및 광개시제를 포함한 고분자 분산 액정 조성물 및 이를 이용한 PDLC형 조광체에 관한 것이다.

Description

내열 특성이 향상된 고분자 분산 액정 조성물 및 이로부터 제조된 PDLC형 조광체{Polymer dispersed liquid crystal composition with improved performances of heat resistance and polymer dispersed liquid crystal light control body prepared using the same}
본 발명은 실란계 고온 증진 단량체 및 싸이올계 단량체를 포함한 고분자 분산 액정 조성물 및 이로부터 제조된 PDLC형 조광체에 관한 것이다.
PDLC(고분자 분산 액정, Polymer dispersed liquid crystal)는 고분자 매트릭스 안에 1㎛ 내지 3㎛ 크기의 액적(droplet)이 형성되어 외부에서 인가되는 전압에 반응하여 액정이 인가되는 전기장 방향에 따라 정렬되어 투과하는 빛의 방향과 일치하여 빛을 투과시키고, 전압이 인가되지 않으면 액정이 무질서하게 배열하여 투과하는 빛과 일치하지 않아 빛을 산란시킨다.
통상적으로 PDLC 조성물은 액정, 올리고머, 모노머, 광개시제로 이루어져 있고, 상기 조성물이 투명전극이 코팅된 두 장의 투명필름 사이에 도입된다. 상기 조성물에 자외선을 조사하면 광개시제에 의해 올리고머, 모노머가 광경화 반응을 일으켜 고분자 매트릭스가 형성되면서 액정이 분리되어 액적이 형성된다.
이와 같이 형성된 PDLC 조성물은 액정의 네마틱-등방성 전이 온도(TNI)와 고분자의 강도 차이에 의해 외부 온도가 상승함에 따라 전압이 인가 되지 않은 상태(OFF)의 투과율이 변화한다. 이러한 투과율 변화 때문에 고온을 요구하는 자동차 및 옥외용 창에 적용이 어려운 문제가 발생한다.
본 발명은 PDLC형 조광체의 투명기판과 고분자 분산 액정층의 접착력과 고분자의 강도를 향상시킴으로써, 외부 온도가 상승함에 따라 전압이 인가되지 않은 상태(OFF)의 투과율이 변화하는 문제점을 해결할 수 있는 PDLC형 조광체 제조용 고분자 분산 액정 조성물 및 PDLC형 조광체를 제공하려고 한다.
본 발명의 고분자 분산 액정 조성물은 하나 이상의 아크릴로일기를 포함하는 실란계 단량체; 하나 이상의 싸이올기를 갖는 싸이올계 단량체; 아크릴계 단량체; 액정 혼합물; 및 광개시제를 포함한다.
본 발명의 PDLC형 조광체는 제1 전극; 제2 전극; 및 제1 전극 및 제2 전극 사이에 배치된 고분자 분산 액정층을 포함하고, 상기 고분자 분산 액정층은 상기 고분자 분산 액정 조성물을 이용하여 형성된다.
본 발명의 고분자 분산 액정 조성물은, 유기 재료와 결합하는 유기 관능기와 무기 재료에 반응하는 반응기를 동시에 갖는 실란계 단량체를 고온 증진용 단량체로 사용함으로써 투명 전극과의 계면 결합력이 향상되고, 안정된 결합을 통한 높은 가교도에 의해 고분자의 강도가 향상됨으로써, 내부 구조로 유입되는 열을 흡수함으로써 열 전달 및 확산을 제한하여 PDLC형 조광체의 고온 특성을 향상 시킬 수 있는 고분자 분산 액정 조성물 및 PDLC형 조광체를 제공한다.
도 1은 고분자 분산 액정 조성물 중, 유기 재료와 결합하는 유기 관능기와 무기 재료에 반응하는 반응기를 동시에 갖는 실란계 단량체의 상호작용을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 고분자 분산 액정 조성물은 하나 이상의 아크릴로일기를 포함하는 실란계 단량체; 하나 이상의 싸이올기를 갖는 싸이올계 단량체; 아크릴계 단량체; 액정 혼합물; 및 광개시제를 포함한다.
본 발명의 고분자 분산 액정 조성물은 하나 이상의 아크릴로일기를 포함하는 실란계 단량체를 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 실란계 단량체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112017111912388-pat00001
상기 화학식 1 중, L1은 *-O-*', *-S-*', C1-C20알킬렌기, C1-C20알케닐렌기, C1-C20알키닐렌기, 2가 C1-C20알콕시기, 2가 C1-C20알킬티오기, C3-C10시클로알킬렌기, C1-C10헤테로시클로알킬렌기, C3-C10시클로알케닐렌기, C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, C6-C60아릴렌기, 2가 C6-C60아릴옥시기(aryloxy), 2가 C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴렌기, 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C2-C20알케닐기, C2-C20알키닐기 및 C1-C20알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기(aryloxy), C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C20알킬렌기, C1-C20알케닐렌기, C1-C20알키닐렌기, 2가 C1-C20알콕시기, 2가 C1-C20알킬티오기, C3-C10시클로알킬렌기, C1-C10헤테로시클로알킬렌기, C3-C10시클로알케닐렌기, C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, C6-C60아릴렌기, 2가 C6-C60아릴옥시기(aryloxy), 2가 C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴렌기, 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 중에서 선택된다.
일 구현예를 따르면, L1은 *-O-*', *-S-*', C1-C20알킬렌기, C1-C20알케닐렌기, 2가 C1-C20알콕시기 또는 2가 C1-C20알킬티오기일 수 있다.
다른 구현예를 따르면, L1은 *-O-*' 또는 C1-C20알킬렌기일 수 있다. 예를 들어, L1은 *-O-*', 에틸렌기 또는 프로필렌기일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
상기 화학식 1 중, a1은 0 내지 20의 정수이다.
일 구현예를 따르면, 상기 a1은 0 내지 10의 정수일 수 있다. 다른 구현예를 따르면, 상기 a1은 1, 2, 3, 4 또는 5의 정수일 수 있고, 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 화학식 1 중 a1이 1이고, L1은 프로필렌기일 수 있다.
또 하나의 예를 들어, 상기 화학식 1 중 a1이 2이고, 2개의 L1 중 어느 하나는 *-O-*'이고, 나머지 하나는 프로필렌기일 수 있다.
상기 화학식 1 중, R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C2-C20알케닐기, C2-C20알키닐기 및 C1-C20알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C2-C20알케닐기, C2-C20알키닐기 및 C1-C20알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기(aryloxy), C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기; 중에서 선택된다.
일 구현예를 따르면, 상기 R1 내지 R3은 서로 독립적으로, C1-C20알콕시기일 수 있다. 예를 들어, 상기 R1 내지 R3은 서로 독립적으로, 메톡시기 또는 에톡시기일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 R1 내지 R3은 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 R1 내지 R3은 모두 메톡시기일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
다른 구현예를 따르면, 상기 R4 및 R5는 서로 독립적으로,
수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기 및 C1-C20알콕시기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기 및 히드라조노기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C20알킬기 및 C1-C20알콕시기; 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 R4 및 R5는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, tert-부틸기 또는 C1-C20알콕시기일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 R4 및 R5는 모두 수소일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
상기 화학식 1 중, * 및 *'는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
일 구현예를 따르면, 상기 실란계 단량체는 하기 식으로 표시되는 화합물일 수 있다.
<화학식 2>
Figure 112017111912388-pat00002
일 구현예를 따르면, 상기 실란계 단량체의 함량은 고분자 분산 액정 조성물 100 중량부당 1 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 실란계 단량체의 함량은 고분자 분산 액정 조성물 100 중량부당 1 중량부 내지 6 중량부일 수 있다. 상기 실란계 단량체의 범위에서 상기 고분자 분상 액정 조성물을 이용한 PDLC형 조광체의 고온 특성 및 접착력이 우수하다.
특히, 상기 실란계 단량체의 함량이 1 중량부 이상 6 중량부 미만인 범위에서는 고온 특성 및 접착력이 증가하고, 6 중량부 이상 10 중량부 이하인 범위에서는 고온 특성 및 접착력이 점차 감소한다.
상기 실란계 단량체는, 광반응을 할 수 있는 그룹인 아크릴로일기를 하나 이상 포함하는 것으로서, 상기 화학식 1로 표기되는 화합물이 바람직하다.
또한, 만일 상기 실란계 단량체 중 광반응할 수 있는 그룹이 아크릴로일기가 아니라 메타아크릴로일기나 비닐기일 경우에는, 고분자의 광중합 거동이 매우 느려져 고분자 매트릭스에서 액정의 상분리가 과다하게 되고, 액적(droplet)의 크기가 크게 상승하여 전압이 인가되지 않은 상태(OFF)의 투과율이 크게 증가하며, 고분자의 전환율이 감소함에 따라 폴리머의 강도 및 고온 특성도 감소한다.
본 발명의 고분자 분산 액정 조성물은 하나 이상의 싸이올기를 갖는 싸이올계 단량체를 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 싸이올계 단량체는 하기 화학식 3으로 표시되는 구조를 포함할 수 있다.
<화학식 3>
Figure 112017111912388-pat00003
상기 화학식 3 중, L3 및 L4는 서로 독립적으로 C1-C20알킬렌기, C1-C20알케닐렌기, C1-C20알키닐렌기, 2가 C1-C20알콕시기, 2가 C1-C20알킬티오기, C3-C10시클로알킬렌기, C1-C10헤테로시클로알킬렌기, C3-C10시클로알케닐렌기, C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, C6-C60아릴렌기, 2가 C6-C60아릴옥시기(aryloxy), 2가 C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴렌기, 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C2-C20알케닐기, C2-C20알키닐기 및 C1-C20알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기(aryloxy), C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C20알킬렌기, C1-C20알케닐렌기, C1-C20알키닐렌기, 2가 C1-C20알콕시기, 2가 C1-C20알킬티오기, C3-C10시클로알킬렌기, C1-C10헤테로시클로알킬렌기, C3-C10시클로알케닐렌기, C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, C6-C60아릴렌기, 2가 C6-C60아릴옥시기(aryloxy), 2가 C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴렌기, 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 중에서 선택된다.
일 구현예를 따르면, L3 및 L4는 서로 독립적으로 C1-C20알킬렌기; 또는 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C2-C20알키닐기 또는 C1-C20알콕시기로 치환된, C1-C20알킬렌기일 수 있다.
다른 구현예를 따르면, L3 및 L4는 서로 독립적으로 C1-C20알킬렌기일 수 있다. 예를 들어, 상기 L3는 프로필렌기일 수 있다.
상기 화학식 3 중, a3은 0 내지 10의 정수이다.
일 구현예를 따르면, 상기 a3는 0 내지 5의 정수일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
상기 화학식 3 중, a4는 0 내지 10의 정수이다.
일 구현예를 따르면, 상기 a4는 0 내지 5의 정수일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
상기 화학식 3 중, *는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
일 구현예를 따르면, 상기 싸이올계 단량체는 상기 화학식 3으로 표시되는 구조를 1 내지 4개 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 싸이올계 단량체는 상기 화학식 3으로 표시되는 구조를 1개 포함하는 화합물, 상기 화학식 3으로 표시되는 구조를 3개 포함하는 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 싸이올계 단량체는 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
<화학식 4>
Figure 112017111912388-pat00004
상기 화학식 4 중,
L3, L4, a3 및 a4에 대한 설명은 본 명세서 중에 기재된 설명을 참조하고,
n1은 1 내지 4의 정수이고,
R6는 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C2-C20알케닐기, C2-C20알키닐기 및 C1-C20알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기(aryloxy), C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C2-C20알케닐기, C2-C20알키닐기 및 C1-C20알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기(aryloxy), C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C20알킬기, C2-C20알케닐기, C2-C20알키닐기 및 C1-C20알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기(aryloxy), C6-C60아릴티오기(arylthio), C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹;
중에서 선택된다.
일 구현예를 따르면, 상기 화학식 4 중 n1은 1 내지 3일 수 있다. 예를 들어, 상기 n1은 1 또는 3일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 화학식 4 중 R6은 C1-C20알킬기일 수 있다. 예를 들어, 상기 R6은 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, ter-부틸기, 펜틸기, iso-아밀기 또는 헥실기일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 상기 싸이올계 단량체는 알킬 3-머캅토프로피오네이트, 트리메틸올 프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트) 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
일 구현예를 따르면, 상기 싸이올계 단량체의 함량은 고분자 분산 액정 조성물 100 중량부당 10 중량부 내지 40 중량부일 수 있다. 상기 싸이올계 단량체의 함량이 상기 범위를 만족할 경우에, 중합시 액적 형태의 모폴로지가 형성되어 폴리머의 강도가 높아져 고온 특성이 우수하다. 예를 들어, 상기 싸이올계 단량체의 함량이 10 중량부 미만이면 고분자의 광중합 속도가 매우 빨라져 고분자 매트릭스에서 액정의 상분리가 충분히 되지 않아, 액적 형태의 모폴로지(morphology)가 형성되지 못하고 폴리머 볼(polymer ball) 형태의 모폴로지가 형성된다. 따라서, 상기 싸이올계 단량체의 함량이 10 중량부 미만이면 구동전압이 크게 상승하고, 상분리 되지 못한 액정이 고분자 매트릭스 내에 폴리머 볼의 형태로 잔류함으로써, 폴리머의 강도가 감소하고 고온 특성 또한 감소한다.
본 발명의 고분자 분산 액정 조성물은 아크릴계 단량체를 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 아크릴계 단량체는 단관능성 아크릴계 단량체 및 다관능성 아크릴계 단량체를 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 단관능성 아크릴계 단량체는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-프로필 아크릴레이트, 이소프로필 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소아밀 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, sec-부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, n-펜틸 아크릴레이트, 3-메틸부틸 아크릴레이트, n-헥실 아크릴레이트, 2-에틸-n-헥실 아크릴레이트, n-옥틸 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트(IBOA), 디시클로펜타닐 아크릴레이트, 디시클로펜타닐옥시에틸 아크릴레이트, 이소미리스틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜 아크릴레이트, 메톡시트리프로필렌글리콜 아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA), 하이드록시프로필 아크릴레이트, 하이드록시부틸 아크릴레이트, 하이드록시펜틸 아크릴레이트, 하이드록시헥실 아크릴레이트, 하이드록시시클로헥실 아크릴레이트 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 단관능성 아크릴계 단량체는 하이드록시 에틸아크릴레이트(HEA), 이소보닐 아크릴레이트(IBOA), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
일 구현예를 따르면, 상기 다관능성 아크릴계 단량체는 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(TPGDA), 프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 디프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 비스페놀 A 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 트리스(메타)아크릴로일옥시에틸 포스페이트, 에톡시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 에톡시화 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 에톡시화 글리세롤 트리아크릴레이트, 포스핀옥사이드(PO) 변성 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 에톡시화 인산 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 카프로락톤 변성 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 에톡시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, PO 변성 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리스(아크릴옥시에틸) 이소시아누레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 디펜타에리트리톨히드록시 펜타아크릴레이트, 알킬 변성 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 폴리아크릴레이트, 알킬 변성 디펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 다관능성 아크릴계 단량체는 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(TPGDA), 1,6-헥산디올디아크릴레이트(HDDA) 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
일 구현예를 따르면, 상기 아크릴계 단량체의 함량은 고분자 분산 액정 조성물 100 중량부당 10 중량부 내지 50 중량부일 수 있다. 상기 아크릴계 단량체의 함량이 상기 범위를 만족할 경우에, 적절한 광중합 속도를 유지하여 액정의 상분리가 잘 일어나게 되므로, 폴리머의 강도 증가 및 고온 특성 향상에 적합하다. 예를 들어, 상기 아크릴계 단량체의 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 광중합 속도가 저하되고, 50 중량부를 초과할 경우에는 광중합 속도가 지나치게 빠르게 되어 액정 상분리가 저해된다.
일 구현예를 따르면, 상기 아크릴계 단량체는 하이드록시 에틸 아크릴레이트(HEA), 이소보닐 아크릴레이트(IBOA), 1,6-헥산디올디아크릴레이트(HDDA), 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(TPGDA), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 고분자 분산 액정 조성물은 액정 혼합물을 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 액정 혼합물은 네마틱 액정 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 네마틱 액정 화합물은 바이페닐계 화합물, 싸이클로헥산계 화합물, 에스테르계 화합물, 테르페닐계 화합물, 또는 피리미딘계 화합물일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 당 업계에 알려진 것을 제한없이 사용할 수 있다.
네마틱 액정 화합물은 일반적으로 길고 가느다란 막대 형태의 분자 구조를 가지며, 각 분자가 서로 간에 평행하게 배열되어 있으면서 장축 방향으로는 비교적 자유롭게 움직일 수 있어 점도가 낮은 특징이 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 네마틱 액정 화합물의 네마틱-등방성 전이 온도(TNI)가 100℃ 이상일 수 있다. 본 명세서에서 "네마틱-등방성 전이 온도"는 네마틱 액정 화합물을 포함하는 액정 혼합물이 네마틱 상에서 등방성(isotropic) 상태로 전이될 때의 온도를 의미한다. 일반적으로 액정 혼합물의 TNI가 높을수록 온도 변화에 따른 굴절율 이방성(refractive anisotropy, Δn)의 변화가 적고, 더 넓은 온도 범위에서 네마틱 상이 유지된다.
일 구현예를 따르면, 상기 액정 혼합물의 함량은 고분자 분산 액정 조성물 100 중량부당 30 중량부 내지 70 중량부일 수 있다. 상기 액정 혼합물의 함량이 상기 범위를 만족할 경우에, 고분자와 액정간의 섞임성이 충분히 유지되면서 액정의 상분리가 일어나게 되어 PDLC형 조광체의 제조에 적합하다. 예를 들어, 상기 액정 혼합물의 함량이 30 중량부 미만일 경우에는 고분자 매트릭스에서 액정의 상분리가 일어나지 않고, 70 중량부를 초과할 경우에는 고분자와 액정간에 섞임성이 저하되어 용액 상태에서 상분리가 일어나 고분자 분산 액정을 제조할 수 없다.
본 발명의 고분자 분산 액정 조성물은 광개시제를 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 광개시제는 벤조인 에테르계 화합물, 알킬페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 하이드록시-알킬벤조페논계 화합물(예를 들어, Merck사의 Darocur 시리즈), 잔톤계 화합물, 티오잔톤계 화합물, 포스핀 옥사이드계 화합물(예를 들어, Ciba Specialty Chemicals사의 Irgacure 시리즈), 또는 그 유도체를 포함한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 광개시제는 2,4,6-트리메틸벤조일-다이페닐-포스핀옥사이드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드아크릴계 단량체 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 것일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
일 구현예를 따르면, 상기 광개시제의 함량은 고분자 분산 액정 조성물 100 중량부당 1 중량부 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 광개시제의 함량이 상기 범위를 만족할 경우에, 고분자의 광중합 속도를 일정 수준으로 유지하면서, 광중합 후에 광개시제가 잔존하지 않아 고분자의 내후성이 저하되지 않는다. 예를 들어, 상기 광개시제의 함량이 1 중량부 미만일 경우에는 고분자의 광중합 속도가 매우 느려져 고분자의 전환율이 감소하고, 상기 광개시제의 함량이 5 중량부를 초과할 경우에는 고분자의 광중합 속도가 매우 빨라지고 광중합 후에 잔존하는 광개시제에 의해 고분자의 내후성이 저하된다.
본 발명의 다른 측면은 제1 전극; 제2 전극; 및 제1 전극 및 제2 전극 사이에 배치된 고분자 분산 액정층을 포함하고, 상기 고분자 분산 액정층은 전술한 고분자 분산 액정 조성물을 이용하여 형성된, PDLC형 조광체에 대한 것이다.
상기 제1 전극 및 제2 전극의 재료로는 전도성 금속, 전도성 고분자, 전도성 나노와이어, 금속 산화물 등 당 업계에 알려진 재료를 특별한 제한없이 이용할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 재료로 투명 전극을 사용할 수 있고, 다만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나가 투명 전극이거나, 상기 제1 전극 및 제2 전극 모두가 각각 투명 전극일 수 있다.
상기 투명 전극의 재료로는, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 와 같은 금속 전극; PEDOT(polyethylene dioxythiophene) 등의 전도성 고분자로 코팅된 유리, 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리스티렌(polystyrene) 등의 기재 상에 가 코팅된 재료; 등을 사용할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 표면은 필요에 따라 패턴화되어 있을 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 고분자 분산 액정층은 350 nm 내지 400 nm의 파장 범위의 자외선을 이용하여 상기 고분자 분산 액정 조성물을 광경화시킴으로써 제조될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 PDLC형 조광체는 가요성(flexible)일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 고분자 분산 액정층이 가요성일 수 있다.
본 명세서 중 C1-C60알킬기는, 탄소수 1 내지 60의 선형 또는 분지형 지방족 탄화수소 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, ter-부틸기, 펜틸기, iso-아밀기, 헥실기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C60알킬렌기는 상기 C1-C60알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C2-C60알케닐기는, 상기 C2-C60알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 이중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C2-C60알케닐렌기는 상기 C2-C60알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C2-C60알키닐기는, 상기 C2-C60알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 삼중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 에티닐기, 프로피닐기, 등이 포함된다. 본 명세서 중 C2-C60알키닐렌기는 상기 C2-C60알키닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C60알콕시기는, -OA101(여기서, A101은 상기 C1-C60알킬기임)의 화학식을 갖는 1가 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 메톡시기, 에톡시기, 이소프로필옥시기 등이 포함된다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알킬기는, 탄소수 3 내지 10의 1가 포화 탄화수소 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C3-C10시클로알킬렌기는 상기 C3-C10시클로알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알킬기는, N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는 1,2,3,4-옥사트리아졸리디닐기(1,2,3,4-oxatriazolidinyl), 테트라히드로퓨라닐기(tetrahydrofuranyl), 테트라히드로티오페닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알킬렌기는 상기 C1-C10헤테로시클로알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알케닐기는 탄소수 3 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 이중 결합을 가지나, 방향족성(aromaticity)을 갖지 않는 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C3-C10시클로알케닐렌기는 상기 C3-C10시클로알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알케닐기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 이중 결합을 갖는다. 상기 C1-C10헤테로시클로알케닐기의 구체예에는, 4,5-디히드로-1,2,3,4-옥사트리아졸일기, 2,3-디히드로퓨라닐기, 2,3-디히드로티오페닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기는 상기 C1-C10헤테로시클로알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C6-C60아릴기는 탄소수 6 내지 60개의 카보시클릭 방향족 시스템을 갖는 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, C6-C60아릴렌기는 탄소수 6 내지 60개의 카보시클릭 방향족 시스템을 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다. 상기 C6-C60아릴기의 구체예에는, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기 등을 포함된다. 상기 C6-C60아릴기 및 C6-C60아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 상기 2 이상의 고리들은 서로 축합될 수 있다.
본 명세서 중 C1-C60헤테로아릴기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 60개의 헤테로시클릭 방향족 시스템을 갖는 1가 그룹을 의미하고, C1-C60헤테로아릴렌기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 60개의 헤테로시클릭 방향족 시스템을 갖는 2가 그룹을 의미한다. 상기 C1-C60헤테로아릴기의 구체예에는, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기 등이 포함되다. 상기 C1-C60헤테로아릴기 및 C1-C60헤테로아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 축합될 수 있다.
본 명세서 중 C6-C60아릴옥시기는 -OA102(여기서, A102는 상기 C6-C60아릴기임)를 가리키고, 상기 C6-C60아릴티오기(arylthio)는 -SA103(여기서, A103은 상기 C6-C60아릴기기임)를 가리킨다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 축합다환 그룹(non-aromatic condensed polycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소만을 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성(non-aromaticity)을 갖는 1가 그룹(예를 들면, 탄소수 8 내지 60을 가짐)을 의미한다. 상기 1가 비-방향족 축합다환 그룹의 구체예에는, 플루오레닐기 등이 포함되다. 본 명세서 중 2가 비-방향족 축합다환 그룹은 상기 1가 비-방향족 축합다환 그룹과 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹(non-aromatic condensed heteropolycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소 외에 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성을 갖는 1가 그룹(예를 들면, 탄소수 1 내지 60을 가짐)을 의미한다. 상기 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹의 구체예에는, 카바졸일기 등이 포함된다. 본 명세서 중 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹은 상기 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹과 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
이하에서, 제조예 및 실시예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따르는 콘크리트 형성용 조성물에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
[ 실시예 및 비교예 ]
PDLC형 조광체 제조용 고분자 분산 액정 조성물의 제조
실시예 및 비교예의 고분자 분산 액정 조성물을 제조하기 위한 성분 및 그 중량%를 하기 표 1, 표 2 및 표 3에 나타내었다.
실시예 1-1 비교예
1-1		 실시예
1-2		 실시예
1-3		 실시예
1-4
트리메틸올 프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트) 20 20 20 20 20
이소보닐 아크릴레이트 8 14 12 10 6
트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 15 15 15 15 15
2,4,6-트리메틸벤조일-다이페닐-포스핀옥사이드 1 1 1 1 1
TNI=100℃인 네마틱 액정 화합물 50 50 50 50 50
3-아크릴옥시프로필 트리메톡시실란 6 0 2 4 8
합계 100 100 100 100 100
실시예
2-1		 비교예
2-1
트리메틸올 프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트) 20 20
이소보닐 아크릴레이트 8 8
트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 15 15
2,4,6-트리메틸벤조일-다이페닐-포스핀옥사이드 1 1
TNI=100℃인 네마틱 액정 화합물 50 50
3-아크릴옥시프로필 트리메톡시실란 6 0
3-메타크릴옥시프로필 트리에톡시실란 0 0
비닐 트리에톡시실란 0 6
합계 100 100
실시예
3-1		 실시예
3-2		 비교예
3-1
트리메틸올 프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트) 20 10 0
이소보닐 아크릴레이트 8 13 18
트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 15 20 25
2,4,6-트리메틸벤조일-다이페닐-포스핀옥사이드 1 1 1
TNI=100℃인 네마틱 액정 화합물 50 50 50
3-아크릴옥시프로필 트리메톡시실란 6 6 6
합계 100 100 100
PDLC형 조광체의 제조
제조된 액정 분산 조성물을 투명 전극(Indium Tin Oxide) 전극층이 형성된 투명 PET 필름(188㎛, Toyobo 사)에 24㎛ 두께로 코팅하고, 동일한 투명 전극 필름을 합지한 후, 365nm 파장의 black light lamp를 조사하여(UV intensity: 1.0mW/㎠) PDLC 필름을 제조하였다.
접착력 및 헤이즈 평가
제조된 PDLC형 조광체의 접착력, 오프 헤이즈, 온 헤이즈 및 오프 헤이즈 변화 온도를 하기 방법에 따라 평가하였고, 그 결과는 표 4, 표 5 및 표 6과 같다.
1) 접착력은 ASTM D4366 방법에 따라 Tinus Olsen사의 H5KS 장비를 이용하여 측정하였고, 박리 각도는 180°, 박리 속도는 300mm/min였다.
2) 오프 헤이즈 및 온 헤이즈는 ASTM D1003 방법에 따라 Minolta사의 CM-3500d 분광계(spectrometer)를 이용하여 측정하였다.
3) 온도를 증가시키면서 Minolta사의 CM-3500d 분광계를 이용하여 오프 헤이즈 변화 온도를 측정하였다.
접착력
(N/inch)		 오프 헤이즈
(%)		 온 헤이즈
(%)		 오프 헤이즈 변화 온도
(℃)
실시예 1-1 2.0 90 3.2 98
비교예 1-1 0.9 90 2.9 80
실시예 1-2 1.2 89 3.1 87
실시예 1-3 1.6 89 3.1 93
실시예 1-4 0.9 91 3.5 88
접착력 (N/inch) 오프 헤이즈
(%)		 온 헤이즈
(%)		 오프 헤이즈 변화 온도
(℃)
실시예 2-1 2.0 90 3.2 98
비교예 2-1 0.8 73 3.6 81
접착력 (N/inch) 오프 헤이즈
(%)		 온 헤이즈
(%)		 오프 헤이즈 변화 온도
(℃)
실시예 3-1 2.0 90 3.2 98
실시예 3-2 1.5 85 3.0 85
비교예 3-1 0.9 80 2.8 80
상기 표 4, 표 5 및 표 6에 나타난 것과 같이, 실시예의 고분자 액정 조성물을 이용하여 제조한 PDLC형 조광체는 비교예들에 비하여 접착력이 우수하고, 오프 헤이즈 변화 온도가 높아 고온 특성이 우수함을 확인하였다. 특히, 실시예 1-1, 2-1 및 3-1의 조광체에서 2.0N/inch의 높은 접착력을 얻었고, 오프 헤이즈 변화 온도가 98℃인 높은 고온 특성을 나타내었다.

Claims (10)

  1. 하나 이상의 아크릴로일기를 포함한 실란계 단량체;
    하나 이상의 싸이올기를 갖는 싸이올계 단량체;
    아크릴계 단량체;
    액정 혼합물; 및
    광개시제를 포함하고,
    상기 실란계 단량체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이고,
    상기 싸이올계 단량체는 알킬 3-머캅토프로피오네이트, 트리메틸올 프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트) 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 고분자 분산 액정 조성물:
    <화학식 2>
    Figure 112018027476526-pat00009
    .
  2. 삭제
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  6. 제1항에 있어서, 상기 싸이올계 단량체의 함량은 고분자 분산 액정 조성물 100 중량부당 10 중량부 내지 40 중량부인, 고분자 분산 액정 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 아크릴계 단량체는 단관능성 아크릴계 단량체 및 다관능성 아크릴계 단량체를 포함한, 고분자 분산 액정 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 아크릴계 단량체의 함량은 고분자 분산 액정 조성물 100 중량부당 10 중량부 내지 50 중량부인, 고분자 분산 액정 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 액정 혼합물은 네마틱 액정 화합물을 포함한, 고분자 분산 액정 조성물.
  10. 제1 전극;
    제2 전극; 및
    제1 전극 및 제2 전극 사이에 구비된 고분자 분산 액정층을 포함하고,
    상기 고분자 분산 액정층은 제1항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 고분자 분산 액정 조성물을 이용하여 형성된, PDLC형 조광체.
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