KR102206755B1 - 하드코트 - Google Patents

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물저 마이클
장 치에키안
카오 조셉
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈 엘엘씨
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Abstract

무색투명 폴리이미드 기판 상에 하드코트층을 가지는 디스플레이 기판은 무색투명 폴리이미드 기판의 광학 및 기계적 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 소정의 유기용매를 가지는 하드코트 조성물로 형성된다.

Description

하드 코트{HARDCOAT}
본 발명은 광학 용도의 플라스틱 기판에 적용할 수 있는 액체 경화성 하드 코팅 조성물에 관한 것이다.
디스플레이 산업은 절곡되거나, 접히거나 종이처럼 감길 수 있는 유연한 장치에 관심을 갖는다. 이러한 가요성 디스플레이 장치는, 플라스틱 기판이 유리 기판보다 유연성이 있고 덜 파손되기 쉽기 때문에 종래의 디스플레이에 사용되는 유리 기판 대신에 플라스틱 기판을 사용하도록 계획된다. 디스플레이 기판으로 사용하기에 적합한 플라스틱은 또한 충분한 광학적 투명도를 가져야 한다. 하나의 적합한 플라스틱은 폴리이미드이다.
플라스틱은 가요성 기판에 필요한 많은 특성을 지니고 있지만, 디스플레이 응용 분야에서 요구되는 충분히 높은 표면 경도를 갖지 않다. 경질 코팅 조성물은 표면 경도를 증가시키기 위해 플라스틱 기판의 표면 상에 하드코트를 적층시키는데 사용된다. 이러한 경질 코팅 조성물은 유기 용매를 함유하고 전형적으로 액체 코팅 기술을 사용하여 적층된다. 적합한 하드 코팅 조성물은 미국 공개 특허 출원 제2015/0159044A1호에 개시된 것과 같은 유기 용매 중 경화성 실록산 중합체를 포함할 수 있다. 경화시, 미국 출원 제2015/0159044A1에 개시된 이러한 하드 코트 조성물은 그러한 코팅이 없는 플라스틱 기판에 비해 표면 경도를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 하드 코팅 조성물은 많은 플라스틱 기판에 적합하지만, 이러한 하드 코팅 조성물에 사용되는 유기 용매는 무색의 폴리이미드 기판과 같은 광학적으로 투명한 가요성 기판의 광학 투명성 및 기계적 성질에 악영향을 미친다. 코팅 공정 중에 용매는 기판과 접촉하고 기판의 특성을 크게 변경할 수 있고, 예컨대 압입률 및 경도와 같은 기판의 기계적 특성 감소를 야기, 광 투명성 저하, 얻어진 하드코트-기판 적층체에 대한 전체적인 연필 경도 저하, 기계적 굴곡 내구성을 감소시킨다.
광학 투명도 및/또는 가요성 기판의 기계적 특성에 악영향을 주기 않고 경도 증가를 제공할 수 있는 경질 코팅 조성물에 대한 필요성이 업계에 존재한다.
본 발명은 방법을 제공하며, 이는: (a) 가요성 기판을 제공하는 단계; 및 (b) 상기 가요성 기판에 코팅 조성물의 층을 배치하는 단계;를 포함하고, 상기 가요성 기판은 연필 경도가 1H 이상이고, 헤이즈 값이 2 % 미만이며, 황변지수가 6 미만이고; 상기 코팅 조성물은 (1) 하나 이상의 경화성 올리고머; 및 (2) 2,6-디메틸시클로헥사논; 2,4-디메틸-3-펜타논; 2,4-디메틸-3-펜탄올; 2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논; 2,6-디메틸-4-헵타논; 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트; 이소프로필 아세테이트; 및 이소아밀 아세테이트에서 선택되는 적어도 하나의 유기 코팅 용매를 포함한다.
또한, 본 발명에 의해 조성물이 제공되고, 이는: (1) 하나 이상의 경화성 실록산 올리고머; 및 (2) 2,6-디메틸시클로헥사논; 2,4-디메틸-3-펜타논; 2,4-디메틸-3-펜탄올; 2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논; 2,6-디메틸-4-헵타논; 및 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트에서 선택되는 적어도 하나의 유기 코팅 용매를 포함한다.
본 명세서 전반에서 사용된 바와 같이, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다음의 약어는 다음의 의미를 가진다: °C = 섭씨; g = 그램; mg = 밀리그램; L = 리터; mL = 밀리리터; GPa = 기가 파스칼; cm = 센티미터; nm = 나노 미터; mN = 밀리 뉴턴; kgf = 킬로그램-힘; fpm = 분당 피트; ca. = 대략; mW = 밀리 와트; mJ = 밀리 주울; Da = 달톤. 달리 기재되지 않는 한, 모든 양은 중량% ("wt%")이고 모든 비율은 몰비이다. 이러한 수치 범위가 최대 100%까지 첨가하는 것으로 제한되는 것이 명백한 경우를 제외하고, 모든 수치 범위는 포함되고 임의의 순서로 조합 가능하다. 관사("하나의(a, an)" 및 "상기(the)")는 단수 및 복수를 나타낸다. "알킬"은 달리 명시하지 않는 한 선형, 분지형 및 환형 알킬을 나타낸다. "알킬"은 알케인 라디칼을 나타내고, 알케인 모노라디칼, 다이라디칼(알킬렌), 및 고급 라디칼을 포함한다. "할로(halo)"는 플루오로, 클로로, 브로모 및 아이오도를 나타낸다. 요소가 다른 요소 "에" 라고 지칭되는 경우, 이것은 다른 요소에 바로 접하여 있을 수 있거나 또는 개재하는 요소가 그 사이에 존재할 수 있다. 그에 반해서, 요소가 다른 요소 "에 직접"이라고 지칭되는 경우, 개재하는 요소가 존재하지 않는다. "올리고머"라는 용어는, 추가 경화될 수 있는 이합체, 삼합체, 사합체 및 기타 비교적 저 분자량 재료를 나타낸다. 본원에 사용된 용어 "올리고머"는 2 내지 200 중합된 단량체 단위, 바람직하게는 5 이상, 바람직하게는 7 이상, 바람직하게는 175 이하, 바람직하게는 150 이하를 갖는 분자를 의미한다."경화"라는 용어는 본 발명의 올리고머의 전체 분자량을 증가시키는 중합 또는 축합과 같은 임의의 공정을 의미한다. "경화 가능한"은 특정 조건하에서 경화될 수 있는 임의의 물질을 나타낸다. 본 명세서에 기술된 물질의 상태가 "액체", "고체"또는 "기체"로 언급될 때, 달리 언급되지 않는 한, 실온 및 대기압에서 물질의 상태에 대한 언급이 이루어진다.
평균 입자 직경은 주사 전자 현미경 및 Zetasizer Nano Z 시스템에 의해 결정된 산술 평균이다. 표면적은 BET 표면적 분석기를 사용하여 결정되고 산술 평균으로 보고된다. OmiSEC 4.6 소프트웨어가 장착된 Viscotek TDA 305 SEC 시스템을 사용하여 분자량 분포 및 폴리스티렌 환산 분자량을 측정하였다. Agilent PLgel Mixed E 컬럼 (2 직렬, 5μm 입자 크기, 30 cm LX 7.6 mm ID 컬럼)과 테트라하이드로푸란 (THF)을 사용하여 분리 및 시료 준비 (0.25 wt. %)하였다. 컬럼 온도는 분석 중 40 ˚C 및 유속은 0.7 ㎖ / min에서 설정되었다. 교정을 위해 Agilent EasiCal PS2 키트가 사용되었다. 코팅은 380 내지 700 nm의 파장 범위에서 80 % 이상, 바람직하게는 85 % 이상의 평균 광선 투과율을 나타내면 광학적으로 투명하다.
본 발명자들은 플라스틱 기판용 코팅 조성물에서 종래 사용되는 용매에 비해 소정의 용매를 함유하는 하드 코팅 조성물은 가요성 기판 특히 폴리이미드의 광학적 및 기계적 특성에 악영향을 상당히 덜 미친다는 것을 알았다. 따라서, 본 발명은 방법을 제공하며, 이는: (a) 가요성 기판을 제공하는 단계; 및 (b) 상기 가요성 기판에 코팅 조성물의 층을 배치하는 단계;를 포함하고, 상기 가요성 기판은 경도가 1H 이상이고, 헤이즈 값이 2 % 미만이며, 황변지수가 4 미만이고; 상기 코팅 조성물은 (1) 하나 이상의 경화성 올리고머; 및 (2) 2,6-디메틸시클로헥사논; 2,4-디메틸-3-펜타논; 2,4-디메틸-3-펜탄올; 2,2,4,4-테트라메틸펜탄-3-온; 2,6-디메틸헵탄-4-온; 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트; 이소프로필 아세테이트; 및 이소아밀 아세테이트에서 선택되는 적어도 하나의 유기 코팅 용매를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "가요성 기판"은 파괴, 영구 변형, 주름 형성, 균열, 균열 형성 등이 없이 2 ㎜ 반경 주위로 수차례 구부러지거나 성형될 수있는 기판을 지칭한다. 가요성 기판에 대한 하나의 적절한 테스트는 기판이 반경 1mm 주위로 굴곡 사이클 50,000 회 이상을 견딜 수 있는지 여부이다. 예시적인 가요성 기판은 폴리이미드 기판, 폴리에틸렌-테레프탈레이트 기판, 폴리에틸렌 나프탈레이트 기판, 폴리카보네이트 기판, 폴리술피드 기판, 폴리에틸렌 기판, 폴리 프로필렌 기판 및 이들의 조합을 포함하고, 바람직한 가요성 기판은 폴리이미드이지만, 이에 국한되지 않는다. 본원에서 사용된 용어 "무색의 폴리이미드"는 연필 경도가 ≥ 1H (0.75 ㎏f), 바람직하게는 ≥ 2H, 헤이즈 값 <2 %, 바람직하게는 <1 % 및 황변지수가 <6, 바람직하게는 <4인 폴리이미드를 의미하고, 각각은 본원에 기판된 기술에 따라 결정된다. 바람직하게는, 황변지수는 4 미만, 보다 바람직하게는 3 미만, 더욱 바람직하게는 2 미만이다. 바람직하게는, 본 발명에 사용되는 가요성 기판은 90 % 이상의 투과율을 갖는다. 무색의 폴리이미드 중합체와 같은 폴리이미드 중합체는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 다양한 공급원, 예컨대 EI DuPont de Nemours (Wilmington, Delaware) 및 Kolon Industries, Inc. (한국) 등이있다. 가요성 디스플레이 응용 분야에 유용한, 즉 가요성 디스플레이 장치를 형성하기 위해 접히거나, 구부리거나, 감기거나 또는 달리 조작될 수 있는 기판으로 폴리이미드 기판, 특히 무색의 폴리이미드 기판이 바람직하다. 이러한 유연성 기판는 의도된 용도에 따라 임의의 적당한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 기판는 25 내지 250 ㎛, 바람직하게는 25 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 방법에서 임의의 적합한 하드 코트 조성물이 사용될 수 있으나, 단 적어도 하나의 경화성 올리고머 및 2,6-디메틸시클로헥사논; 2,4-디메틸-3-펜타논; 2,4-디메틸-3-펜탄올; 2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논; 2,6-디메틸-4-헵타논; 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트; 이소프로필 아세테이트; 및 이소아밀 아세테이트에서 선택되는 적어도 하나의 유기 코팅 용매를 포함한다. 적합한 경화성 올리고머는 경화시 하드 코트 층을 형성하는 임의의 것이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "하드코트"은 기판보다 높은 연필 경도를 갖는 경화시 필름을 형성하는 기판상의 재료, 코팅물 또는 층을 의미한다. 이러한 하드코트 층은 하부의 기판를 기계적 마찰 및 마모로부터 보호하고, 선택적으로 표면의 자기 정화 특성을 향상시킨다.
본 하드 코트 조성물에 유용한 적합한 경화성 올리고머는 제한되지는 않지만, (메트)아크릴레이트 올리고머, 우레탄 올리고머, (메트)아크릴레이트-우레탄 올리고머, 실록산 올리고머, 및 이들의 조합을 포함한다. 액체 경화성 올리고머가 바람직하다. 적합한 (메트)아크릴레이트 올리고머는, 제한되지는 않지만, 중합 단위로 지방족 일관능성 (메트)아크릴레이트 단량체 및 지방족 다관능성 (메타)아크릴레이트 단량체로부터 선택되는 하나 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 올리고머를 포함한다. 예시적인 (메트)아크릴레이트-우레탄 올리고머는 중합 단위로서 하나 이상의 지방족 우레탄 (메트)아크릴레이트 단량체를 포함한다. 적합한 아크릴레이트 올리고머 및 우레탄 올리고머는 1,000 내지 20,000 Da, 바람직하게는 1,500 내지 10,000 Da의 화학식 분자량을 갖는 것들이다. 본 경화성 올리고머는 (메트)아크릴레이트 올리고머, (메트)아크릴레이트-우레탄 올리고머, 실록산 올리고머 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 (메트)아크릴레이트-우레탄 올리고머 및 실록산 올리고머로부터 선택되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 경화성 올리고머는 실록산 올리고머이고, 더더욱 바람직하게는 액상 실록산 올리고머이다.
적합한 실록산 올리고머는 US 특허공개 제2015/0159044호, 및 US 특허 제7,790,347호 및 제6,391,999호 및 계류중인 미국 특허 출원 제15/602,196호에 개시된 것들이다. 일 구현예에서, 바람직한 경화성 올리고머는 화학식 R1 m R2 n Si(OR3)4- m - n 의 중합 단위를 포함하고, 식 중 R1은 지환족 고리에 융합되는 옥시란 고리를 포함하는 C5-20의 지방족기; R2는 C1-20 알킬, C6-30 아릴기, 또는 하나 이상의 헤테로 원자를 갖는 C5-20 지방족기; R3은 C1-4 알킬기 또는 C1-4 아실기이고; m은 0.1 내지 2.0이고; n은 0 내지 2.0이다. 실록산 올리고머가 동일하지 않은 실록산 단위를 함유하는 경우, m 및 n 은 몰 평균값이다. R1은 적어도 6 개의 탄소 원자, 바람직하게는 15 이하, 바람직하게는 12 이하, 바람직하게는 10 이하를 함유하는 것이 바람직하다. 바람직하게, R1은 5 개 또는 6 개의 탄소 원자, 바람직하게는 6 개의 탄소 원자, 보다 바람직하게는 시클로헥산 고리를 갖는 지환족 고리에 융합되는 옥시란 고리를 포함한다. 바람직하게, R1은 탄소, 수소 및 산소 이외의 원소를 포함하지 않는다. 바람직하게, R1은 -(CH2) j -기로 규소에 연결되는 에폭시시클로헥실 (즉, 시클로헥센 옥사이드)기로서, j는 1 내지 6, 바람직하게는 1 내지 4이다. 바람직하게는, R2가 알킬인 경우에는 바람직하게는 15 개 이하, 보다 바람직하게는 12 이하, 더욱 더 바람직하게는 10 개 이하의 탄소원자들을 함유한다. R2가 아릴기인 경우 바람직하게는 25 개 이하, 보다 바람직하게는 20개 이하, 더욱 더 바람직하게는 16 개 이하의 탄소원자들을 함유한다. "하나 이상의 헤테로 원자를 갖는 C5-20 지방족기"라는 용어는 하나 이상의 다음: 불소와 같은 할로겐; 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 푸마레이트기 또는 말레에이트기와 같은 에스테르기; 우레탄기; 및 비닐 에테르기를 갖는 C5-20 지방족기를 의미한다. R2는 C1-20 알킬 또는 C6-30 아릴기, 더욱 바람직하게는 C1-20 알킬인 것이 바람직하다. 다른 바람직한 구현예에서, R2는 C1-20 알킬 또는 하나 이상의 헤테로 원자를 갖는 C5-20 지방족기, 보다 바람직하게는 C1-20 알킬이다. 바람직하게는, R3은 알킬, 바람직하게는 메틸 또는 에틸, 및 더욱 바람직하게는 메틸이다. R3이 아실인 경우, 바람직하게는 포르밀 또는 아세틸이다. 바람직하게는, m은 0.2 이상, 보다 바람직하게는 0.5 이상; 바람직하게는 1.75 이하, 보다 바람직하게는 1.5 이하이다. 바람직하게는, n은 1.5 이하, 보다 바람직하게는 1.0 이하, 더욱 바람직하게는 0.8 이하, 더욱 바람직하게는 n은 0이다. 적합한 경화성 실록산 올리고머는 Polyset Company (Mechanicville, New York)로부터 입수 가능하다.
본 하드 코트 조성물은 2,6-디메틸시클로헥사논; 2,4-디메틸-3-펜타논; 2,4-디메틸-3-펜탄올; 2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논; 2,6-디메틸-4-헵타논; 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트, 이소프로필 아세테이트; 이소아밀 아세테이트; 및 이들의 혼합물에서 선택되는 유기 코팅 용매, 바람직하게는 2,6-디메틸시클로헥사논; 2,4-디메틸-3-펜타논; 2,4-디메틸-3-펜탄올; 2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논; 2,6-디메틸-4-헵타논; 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트; 이소아밀 아세테이트; 및 이들의 혼합물에서 선택되는 유기 코팅 용매, 보다 바람직하게는 2,6-디메틸시클로헥사논; 2,4-디메틸-3-펜타논; 2,4-디메틸-3-펜탄올; 2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논; 2,6-디메틸-4-헵타논; 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트; 및 이들의 혼합물에서 선택되는 유기 코팅 용매를 포함한다.
선택적으로, 본 하드 코팅 조성물은 상술된 하나 이상의 유기 코팅용매 이외에 하나 이상의 이차 유기 용매를 포함할 수 있다. 하나 이상의 이차 유기 용매는 하나 이상의 유기 코팅 용매와 상이하다. 유기 코팅 용매가 대다수 (용매 혼합물의 >50 중량 %)이고 이차 유기 용매가 소수 (용매 혼합물의 <50 중량 %)라면, 본 조성물에서 이차 유기 용매로서 다양한 유기 용매가 사용될 수 있다. 적합한 이차 유기 용매는 3 내지 10 개의 탄소 원자를 가지며, 지방족 또는 방향족일 수 있다. 바람직하게는, 이차 유기 용매는 지방족이고, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 산소 원자를 갖는 C3-10 지방족 화합물이다. 예시적인 이차 유기 용매는 1-메톡시프로판-2-올 (PGME); 1-에톡시프로판-2-올 (PGEE); 1-메톡시-2-메틸프로판-2-올; 메틸 락테이트; 에틸 락테이트; 메틸 글리콜레이트; 1-메톡시-프로판-2-온; 히드록시아세톤; 1,2-디메톡시에탄; 1,2-디메톡시프로판; 1-메톡시-2-부탄올; 메틸 2-메톡시아세테이트; 이소프로판올; 시클로펜탄올; 2- 메틸부탄-1-올; 4-메틸펜탄-2-올; 3-메틸부탄-2-올; 톨루엔; 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 국한되지 않는다.
전형적으로, 하나 이상의 경화성 올리고머는 유기 용매를 제외한 조성물의 총 중량을 기준으로 25-99 중량 %의 양으로 하드 코트 조성물에 존재한다. 바람직하게는, 하드 코트 조성물은 실록산 올리고머를 28 중량 % 이상, 바람직하게는 29 중량 % 이상, 바람직하게는 30 중량 % 이상; 바람직하게는 99 중량 % 이하, 바람직하게는 65 중량 % 이하의 양으로 포함할 수 있다. 경화성 올리고머가 실록산인 경우, 실록산 올리고머는 유기 용매를 제외한 조성물의 총 중량을 기준으로 25 내지 80 중량 %, 보다 바람직하게는 30 내지 70 중량 %로 포함되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 본 하드 코트 조성물은 유기 용매의 총 중량을 기준으로 50.1 내지 100 중량 %의 상기 유기 코팅 용매 및 0 내지 49.9 중량 %의 하나 이상의 이차 유기 용매를 포함한다. 하나 이상의 이차 유기 용매가 사용되는 경우, 이들은 유기 용매의 총 중량을 기준으로 1 내지 49.5 중량 %, 바람직하게는 2 내지 40 중량 %, 더욱 바람직하게는 5 내지 20 중량 %의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
선택적으로, 반응성 개질제는 성능 향상을 위하여 제제를 개질하도록 하드 코트 조성물에 첨가될 수 있다. 이러한 반응성 개질제는 제한없이, 유연성 개질제, 경도 개질제, 점도 개질제, 광학 특성 개질제 등을 포함한다. 바람직하게는, 반응성 개질제는 수지 조성물에 유기용매를 제외한 조성물 중의 성분의 총 중량을 기준으로 총량으로 0 내지 20 중량 %; 바람직하게는 1 중량 % 이상, 바람직하게는 4 중량 % 이상, 바람직하게는 8 중량 % 이상; 바람직하게는 17 중량 % 이하, 바람직하게는 15 중량 % 이하로 존재한다. 바람직하게는, 반응성 개질제는 2 개 이상의 에폭시시클로헥산기 또는 2 개 이상의 옥세탄 고리를 포함하고, 보다 바람직하게는 2 개의 에폭시시클로헥산기를 포함한다. 바람직한 반응성 개질제를 사용에 따른 통상의 개선 특성에 따라 하기에 나타내며, 여기서 n, x, 및 y 는 반복 단위의 수 (n = 1 내지 100, x = 1 내지 100 및 y = 1 내지 100)를 나타낸다.
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선택적으로, 하나 이상의 일반적으로 공지된 다른 첨가제가 상기 경화된 코팅의 특성을 더욱 개질하기 위하여 하드코트 조성물에 첨가될 수 있다. 이러한 임의의 첨가제는 제한없이 접착 촉진제, 평활제, 소포제, 대전 방지제, 항-블로킹 제, UV 흡수제, 광학 백화제, 지문 방지 첨가제, 내 스크래치 첨가제 등을 포함한다. 이러한 임의의 첨가제 중 둘 이상의 혼합물이 본 하드코트 조성물에 사용될 수 있다. 이들 첨가제는 액체 또는 고체 형태일 수 있다. 전형적으로, 각각의 첨가제는 조성물의 총 중량을 기준으로 0 내지 5 중량 %, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량 %, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 중량 %의 양으로 사용될 수 있다. 내스크래치 첨가제는 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량 % 이하, 바람직하게는 3 중량 % 이하, 보다 바람직하게는 1.5 중량 % 이하의 양으로 사용될 수 있다. 이러한 내스크래치 첨가제의 적절한 양은 조성물의 총 중량을 기준으로 0 내지 5 중량 %, 바람직하게는 0.1 내지 3 중량 %, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량 %이다. 내스크래치 첨가제는 소량의 무기 입자를 함유할 수 있다.
본 하드 코트 조성물은 선택적으로 광경화제, 열경화제 또는 이들의 조합물과 같은 경화제를 함유한다. 바람직하게는, 하드코트 조성물은 광경화제, 더욱 바람직하게는 양이온성 광개시제를 포함한다. 이러한 경화제는 유기용매를 제외한 조성물의 총 중량을 기준으로 0 내지 8 중량 %, 바람직하게는 0.5 내지 7 중량 %의 양으로 하드코트 조성물에 존재한다. 바람직하게는, 하드 코트 조성물은 적어도 1 중량 %, 바람직하게는 적어도 1.5 중량 %; 바람직하게는 6 중량 % 이하, 바람직하게는 5 중량 % 이하, 보다 바람직하게는 4.5 중량 % 이하의 양이온성 광개시제를 포함한다. 바람직한 개시제는 예를들면 디아릴 요오도늄염 및 트리아릴술포늄염을 포함한다. 이러한 경화제는 당업자에게 공지되어 있고, 일반적으로 다양한 공급원으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 임의로, 감광제가 광경화제와 함께 사용될 수 있다. 당업계에 공지된 임의의 적합한 감광제가 사용될 수 있다. 어느 감광제 및 그의 사용량의 선택은 당업자의 능력 내에 있다.
나노 입자는 임의로, 그리고 바람직하게는 본 하드 코트 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 나노 입자는 무기 나노 입자 및 유기 나노 입자이다. 본 하드 코트 조성물에 무기 입자를 사용하는 경우, 유기 용매를 제외한 조성물의 총 중량을 기준으로 35 내지 66 중량 %의 양으로 사용된다. 바람직하게는, 하드 코트 조성물은 실리카, 금속 산화물 또는 이들의 혼합물의 비-다공성 나노 입자를, 바람직하게는 적어도 42 중량 %; 바람직하게는 65 중량 % 이하, 바람직하게는 64 중량 % 이하, 바람직하게는 63 중량 % 이하로 포함한다. 유기 나노 입자는 경화성 조성물에 유기 용매를 제외한 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 0 내지 10 중량%로, 바람직하게는 적어도 0.1 중량 %, 바람직하게는 최대 6 중량 %로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 유기 나노 입자는 임의의 유기 용매를 제외한 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량 %, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 6 중량 %의 양으로 하드 코트 조성물에 존재한다. 적합한 무기 나노 입자가 실리카, 금속 산화물, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 비-다공성 나노 입자이다. 바람직하게는, 비-다공성 나노 입자는 실리카, 지르코늄 산화물 또는 이들의 혼합물이고, 바람직하게는 실리카이다. 바람직하게는, 비-다공성 나노 입자의 표면적은 바람직하게는 적어도 50 m2/g, 바람직하게는 적어도 60 m2/g이고; 바람직하게는 500 m2/g 이하, 바람직하게는 400 m2/g 이하이다. 일반적으로 실리카, 금속 산화물 또는 이들의 혼합물의 비-다공성 나노 입자는 평균 입자 직경이 5 내지 50nm 인 비-다공성 나노 입자이다. 바람직하게는, 나노 입자의 평균 직경은 10nm 이상, 바람직하게는 15nm 이상; 바람직하게는 40 nm 이하, 바람직하게는 35 nm 이하이다. 바람직하게는, 비-다공성 나노 입자는 양이온성 광경화 공정 또는 열경화 조건 하에서 에폭시-실록산 올리고머의 에폭시기와 반응할 수 있는 치환기로 관능화된다. 바람직한 치환기는 예를 들어 에폭시, 아크릴레이트, 아미노, 비닐 에테르 등을 포함한다. 적합한 유기 나노 입자는 제한없이 코어-쉘 고무 (CSR) 나노 입자를 포함한다. 선택적인 CSR 유기 나노 입자는 고무 입자 코어와 쉘층을 포함하고, 이러한 CSR 입자는 50-250 nm의 평균 직경을 갖는다. CSR 나노 입자의 쉘 층은 하드 코트 조성물과의 상용성을 제공하고, 하드 코트 조성물에서 CSR 나노 입자의 혼합 및 분산을 용이하게 하도록 팽윤성을 제한한다. 적합한 CSR 나노 입자는 상업적으로 입수 가능하며, 예를 들면, 다우 케미칼 캄파니 (Dow Chemical Company)로부터 입수할 수 있는 Paraloid EXL 2650 A, EXL 2655, EXL 2691 A, 또는 Kaneka Corporation의Kane Ace® MX 시리즈, 예컨대 MX 120, MX 125, MX 130, MX 136, MX 551, 또는 METABLEN SX-006, 또는 Wacker Chemie AG의 Genioperl P52의 상표로서 입수될 수 있다.
나노 입자의 혼합물, 예컨대 유기 나노 입자의 혼합물, 비-다공성 나노 입자의 혼합물, 또는 유기 나노 입자 및 무기 (비-다공성) 나노 입자의 혼합물과 같이 본 경화성 하드 코트 조성물에 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 나노 입자 혼합물들의 하나의 예시로는 실리카와 산화 지르코늄 나노 입자의 혼합물과 같은 2 종 이상의 다른 비-다공성 나노 입자의 혼합물이다. 이러한 나노 입자의 혼합물은 동일하거나 유사한 평균 직경을 갖는 2 종 이상의 상이한 비-다공성 나노 입자의 혼합물, 예컨대 20nm 실리카 및 20nm 지르코늄 산화물의 혼합물 일 수 있거나, 상이한 평균 직경을 갖는 2 종 이상의 상이한 비-다공성 나노 입자의 혼합물, 예컨대 10nm의 실리카와 50nm의 지르코늄 산화물의 혼합물일 수 있다. 나노 입자 혼합물들의 또 다른 예시로는 2종 이상의 동일한 비-다공성 나노 입자의 혼합물이지만 평균 직경이 10 nm 인 제 1 실리카 나노 입자와 평균 직경이 50 nm 인 제2 실리카 나노 입자의 혼합물과 같은 상이한 평균 직경을 갖는 혼합물이다. 본 하드 코트 조성물에 실리카 및 금속 산화물 나노 입자의 혼합물을 사용하는 경우, 나노 입자의 총량은 35 내지 66 중량 %이다. 바람직하게는, 수지 조성물은 하나 이상의 CSR 나노 입자, 더욱 바람직하게는 실리카와 하나 이상의 CSR 유기 나노 입자의 혼합물 또는 산화 지르코늄과 하나 이상의 CSR 유기 나노 입자와의 혼합물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 하드 코트 조성물은 (1) 하나 이상의 경화성 실록산 올리고머; 및 (2) 2,6-디메틸시클로헥사논; 2,4-디메틸-3-펜타논; 2,2,4,4-테트라메틸펜탄-3-온; 및 2,6-디메틸헵탄-4-온에서 선택되는 적어도 하나의 유기 코팅 용매를 포함한다. 보다 바람직하게는, 하드 코팅 조성물은 유기 코팅 용매와 상이한 하나 이상의 이차 유기 용매를 추가로 포함한다. 더욱 바람직하게는, 경화성 실록산 올리고머는 화학식 R1 m R2 n Si(OR3)4- m - n 의 중합 단위를 포함하고, 식 중 R1은 지환족 고리에 융합되는 옥시란 고리를 포함하는 C5-20의 지방족기; R2는 C1-20 알킬, C6-30 아릴기, 또는 하나 이상의 헤테로 원자를 갖는 C5-20 지방족기; R3은 C1-4 알킬기 또는 C1-4 아실기이고; m은 0.1 내지 2.0이고; n은 0 내지 2.0이다. 보다 더 바람직하게는, 하드 코트 조성물은 하나 이상의: 나노 입자; 양이온성 광개시제; 2 이상의 에폭시시클로헥산기 또는 2 이상의 옥 세탄 고리를 포함하는 반응성 개질제; 평활제; 및 이들의 혼합물을 포함한다.
사용에 있어서, 본 하드코트 조성물은 가요성 기판의 표면에 당업계에 공지된 임의의 적절한 수단에 의해 배치되어 폴리이미드 기판에 하드 코트 조성물의 코팅층을 형성한다. 하드코팅 조성물을 코팅하기 위한 적합한 방법은 이에 제한되지 않지만, 다른 방법들 중에서도 스핀-코팅, 커튼 코팅, 스프레이 코팅, 롤러 코팅, 닥터 블레이딩, 바 코팅, 딥 코팅, 슬롯 다이 코팅 및 기상 증착을 포함한다. 다음, 코팅을 베이킹하여 유기 코팅 용매 및 임의의 선택적이 이차 유기용매를 제거한다. 이러한 베이킹 조건의 선택은 당업자의 능력 내에 있다. 다음으로, 코팅은 가열에 의해 또는 화학 방사선에 노출 (광경화)에 의해, 바람직하게는 UV 방사선에 노출됨으로서 경화되어 가요성 기판의 표면 상에 하드코트 필름을 형성한다.
본 발명의 장점은 하드 코트 조성물에 사용되는 유기용매는 실질적으로 가요성 기판의 광학적 또는 기계적 특성을 변경하지 않는다는 것이다. "실질적으로 광학적 특성을 변화시키지 않는다"는 용어는 하드 코트 조성물에 사용된 용매가 육안 검사에 의해 결정된 바와 같이 90 ℃에서 3 분 동안 접촉할 때 가요성 기판 상에 헤이즈를 형성시키지 않는 것을 의미한다. "실질적으로 기계적 특성을 변화시키지 않는다"는 용어는 하드 코트 조성물에 사용된 용매가 용매와 접촉하기 전의 유연성과 비교하여 가요성 기판, 특히 폴리이미드 기판의 압입률을 5 % 이상, 압흔 경도를 10 % 이상 낮추지 않는다는 것이다.
다음의 일반 절차가 하기 실시예에 사용되었다.
연필 경도. 경화된 코팅물의 연필 경도 측정은 Mitsubishi UNI 연필을 사용하여 0.75 kgf 수직 하중에서 ASTM 표준 D3363에 따라 Qualtech Product Industry Manual Pencil Hardness Tester를 사용하여 수행되었다. 평가 목적으로, 코팅물을 평평하고 깨끗한 0.5cm 두께의 유리판에 두었다.
압입률 및 경도. iMicro™ 나노압입기 (Nanomechanics, Inc., Oak Ridge, Tennessee 제조)를 사용하여 경화된 하드코트의 압입률과 경도를 특성화하였다. 나노압입기의 하중 및 변위 분해능은 각각 6nN 및 0.04nm이다. 압입기 팁이 더 나은 표면 검출과 단일 측정에서 압입 깊이의 함수로서의 기계적 특성 추출을 위해 2 nm 진폭에서 연속적으로 진동되는 연속 강성 모드에서 작동되었다. 표준 Berkovich 팁이 사용되었으며, 그 돌출된 접촉 면적 기능은 72 GPa ± 1 GPa의 압입률을 가진 용융 실리카 시험편에 20-25 개의 압흔을 만들어 200-2000 nm 압입 깊이로 교정되었다. 샘플은 약 54 °C의 융점을 갖는 핫멜트 접착제 (Crystal BondTM 555)를 사용하여 샘플 홀더에 장착되었다. 테스트 시스템이 열 드리프트 <0.1 nm / sec에 도달하면 적어도 10 개의 다른 위치에서 각 샘플에 대해 2000 nm 깊이의 압흔이 형성되었다. 푸아송의 비율은 0.3으로 가정했다. 측정 후, 이전의 교정을 검증하기 위해 용융 실리카 시험편에 3 ~ 5 회의 압흔을 다시 만들었다.
하드 코트 제제. 제제는 원하는 함량의 수지와 원하는 함량의 나노 입자 현탁액을 20 mL의 섬광 바이알에조합하고, 이어 초음파 처리 (Fisher Scientific 조 초음파 처리기) 및 균질 혼합물이 수득될 때까지 실온에서 와류 혼합하여 제조되었다. 나노 입자 현탁액을 사용했을 때, 입수한대로 사용하거나, 샘플 중량의 감소로 판단할 때 용매의 95 %가 제거되도록 현탁액을 실온에서 진공하에 농축시켰다. 이어서 새로운 용매를 특정한 대로 첨가하고, 혼합물을 초음파 처리 및 와류 혼합으로 균질화시켰다. 마지막으로, 원하는 양의 광산 발생제 (PAG)를 용액에 첨가하였다. 필름 캐스팅 전에 균질한 혼합을 보장하기 위해 실온에서 적어도 12 시간 동안 회전 혼합기 상에 최종 제제를 남겨 두었다.
하드 코트 필름의 제조. 투명한 폴리이미드 (PI) 기판 위에 준비된 제제를 캐스팅할 때 하드 코팅의 필름 두께를 제어하기 위해 서로 다른 간격의 드로-다운 바 (수동 또는 기계 작동식)를 사용하였다. 캐스트 필름을 퓸 후드에서 3 분간 핫 플레이트에서 즉시 90 ℃로 가열 한 다음 UV 경화하였다 (Fusion D-type bulb, 벨트 속도 47fpm에서 4 회 통과). UV 조사량의 평균값은 UVA, UVB, UVC 및 UVV 영역에서 각각 약 3670, 960, 280, 4360 mW/cm2 였다. 에너지 밀도의 평균값은 UVA, UVB, UVC 및 UVV 영역에서 각각 약 480, 120, 40 및 570 mJ/cm2 이었다. 마지막으로 UV 경화 후 오븐에서 87 °C에서 2 시간 동안 필름을 열 경화시켰다.
광학 속성. HP 8453 UV Vis 분광 광도계 시스템은 폴리이미드 기판과 최종 코팅 샘플의 황변지수를 측정하였다. ASTM 표준 E313에 따라 값들을 얻었다. BYK 헤이즈 측정 시스템을 사용하여 코팅 샘플의 헤이즈를 측정 하였다. ASTM 표준 D1003에 따라 헤이즈 값을 얻었다.
폴리이미드 기판. 하기 실시예들에 사용된 상업용 폴리이미드 기판을 하기 표에 기재하고, 여기서 PI 1 및 PI 2는 본 발명의 투명 폴리이미드 1 및 2이고, 비교 PI는 비교 투명 폴리이미드이다.
Figure 112019007226416-pat00004
실시예 1. 평평한 표면에, 작고 깨끗한 폴리이미드 기판 시험편을 배치하고, 이어서 표 1에 보고된 용매 각각을 시험편의 표면 대부분이 용매로 덮여 있도록 피펫을 통하여 기판 상에 배치하였다. 핫 플레이트에서 90 ℃에서 3 분간 방치한 후, 용매를 기판에서 제거하고 기판의 헤이즈 변화 및 뒤틀린 것을 육안으로 검사하였다. 변화가 발견되지 않으면, 용매의 상용성은 "양호"로 평가되었다. 약간 또는 심각한 헤이즈가 검출되면, 용매의 상용성은 각각 "허용 가능" 또는 "불량"으로 평가된다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
용매 PI 1 비교 PI
메틸 이소-부틸 케톤 불량 불량 내지 허용가능
PGME 불량 허용가능 내지 양호
HBM 허용 가능 허용 가능
2,4-디메틸-3-펜타논 양호 불량
톨루엔 양호 양호
실시예 2. 실시예 1의 절차에 따라 두께가 50 ㎛ 인 PI 1 기판의 샘플을 표 2에 열거된 각각의 용매와 접촉시켰다. 용매를 제거한 후, 기판의 나노압입률 및 나노압입 경도의 변화를 평가 하였다. 결과는 표 2에 보고된다.
용매 나노압입률 (GPa) 나노압입 경도 (GPa)
없음 5.58 0.53
2,6-디메틸시클로헥사논 5.71 0.50
2,4-디메틸-3-펜타논 5.56 0.51
2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논 5.52 0.52
HBM 5.49 0.53
2,6-디메틸-4-헵타논 5.40 0.51
2,4-디메틸-3-펜탄올 5.37 0.50
이소프로필 아세테이트 5.37 0.5
이소아밀 아세테이트 5.37 0.5
톨루엔 5.3 -
2-헥사논 5.26 0.50
이소프로판올 5.21 -
2-메틸시클로헥사논 4.68 0.30
메틸 이소-부틸 케톤 4.44 0.35
PGME 3.7 -
시클로헥사논 3.27 0.20
2,4-디메틸-3-펜타논 / HBM (9/1, w / w) 5.30 -
2,4-디메틸-3-펜타논 / PGME (9/1, w / w) 5.25 -
표 2의 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 하드 코트 조성물에 사용되는 많은 일반적인 용매는 PI 1의 기계적 성질 (나노 압입률 및 경도)에 악영향을 미친다.
실시예 3. PI 1 대신에 두께 30㎛의 PI 2 샘플을 사용한 것 이외에는 실시예 2의 절차를 동일하게 반복하였다. 사용된 나노 압입 데이터 및 용매는 표 3에 보고된다. 표 3의 데이터에서 알 수 있듯이, 하드 코트 조성물에 사용되는 많은 일반적인 용매는 PI 2의 기계적 성질 (나노 압입률 및 경도)에 악영향을 미친다.
용매 나노압입률 (GPa) 나노압입 경도 (GPa)
없음 6.93 0.505
2,4-디메틸-3-펜타논 6.93 0.485
2,6-디메틸시클로헥사논 6.91 0.475
이소프로필 아세테이트 6.89 0.493
이소아밀 아세테이트 6.83 0.498
2,6-디메틸-4-헵타논 6.82 0.483
2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논 6.76 0.495
시클로헥사논 6.7 0.462
메틸 이소-부틸 케톤 6.58 0.479
2-메틸시클로헥사논 6.51 0.463
실시예 4. 표 4에 나열된 성분을 사용하여 일반적인 절차에 따라 네 가지 제제를 제조하였다: 24DP = 2,4-디메틸-3-펜타논, MIBK = 메틸 이소부틸 케톤 및 HBM = 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트. 각각의 제제에 사용된 실록산 수지는 상업적으로 입수 가능한 에폭시 실록산 (PC-2000HV, Polyset으로부터 입수 가능함)이었다. 각각의 제제는 광활성 경화제로서 1.2 중량 %의 트리아릴술포늄 헥사플루오로안티모네이트 염 (프로필렌 카보네이트 중 50 중량%)을 함유하였다. 사용된 나노 입자는 표 4에 보고된 용매 중 현탁액으로서 평균 입자 직경 25 μm의 SiO2 나노입자이다 (Admatechs에서 입수). 각각의 제제를 상기된 일반적인 절차에 따라 PI 1의 별도의 50 ㎛ 두께 샘플에 코팅하였다. 경화 후 각 코팅물의 연필 경도를 측정하였고, 표 4에 데이터를 보고한다.
제제 실록산 수지 나노 입자 용매 필름 두께 연필 경도
1 30.7 wt% 30.7 wt% 24DP / 톨루엔 (1:1, w/w)
37.4 wt%		 10 ㎛ 4H
2 28.4 wt% 28.4 wt% HBM
42 wt%		 7 μm 4H
3 30.7 wt% 30.7 wt% 24DP / PGME
(1:9, w/w)
37.4 wt%		 8 μm 4H
비교예 28.4 wt% 28.4 wt% MIBK
42 wt%		 7 μm 3H
실시예 5. 실시예 4의 절차를 반복하여 표 5에 나타낸 양의 성분을 사용하여 제제 2-5를 제조한다. PC-2003은 Polyset로부터 입수 가능한 에폭시실록산 올리고머이다. SR399는 Sartomer로부터 입수 가능한 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트이다. KTO46은 Lamberti에서 입수 가능한 감광제이다. 나노 입자는 (Admatechs에서 입수되는), 메틸 에틸 케톤 (MEK) 중 현탁액으로서 평균 입자 직경 25 μm의 SiO2 나노입자이다. 약어 26D는 2,6-디메틸시클로헥사논을 나타낸다.
제제 수지 # 1 수지 # 2 PAG 나노 입자 용매
4 SR399:3.791 g DM588:3.785 g KTO46:0.311 g 24DP 중 50 중량 %:15.122 g -
5 아크릴레이트-함유 실세스퀴옥산: 70 중량 % - PAG: 1 중량 % / KTO46:4 wt% - 24DP:
25 wt%
6 폴리아크릴레이트-실세스퀴옥산 공중합체:
73 중량 %		 - PAG:2 wt%, - 24DP:
25 wt%
7 PC-2003:
4.91 g		 PAG: 1 중량 % 24DP 중 50 중량 %: 10.5 g 26D
2.7 g

Claims (10)

  1. (a) 가요성 기판을 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 가요성 기판 상에 코팅 조성물의 층을 배치하는 단계;를 포함하며,
    여기서, 상기 가요성 기판은 연필 경도가 1H 이상이고, 헤이즈 값이 2 % 미만이며, 황변지수가 6 미만이고, 또한 상기 가요성 기판은 폴리이미드이고;
    상기 코팅 조성물은 (1) 하나 이상의 경화성 올리고머; 및 (2) 2,4-디메틸-3-펜타논 및 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트에서 선택되는 적어도 하나의 유기 코팅 용매;를 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물이, 상기 유기 코팅 용매와 상이한 하나 이상의 이차 유기 용매를, 유기 용매 총 중량을 기준으로 1 내지 49.5 중량%의 양으로 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경화성 올리고머는 (메트)아크릴레이트 올리고머, 우레탄 올리고머, (메트)아크릴레이트-우레탄 올리고머, 실록산 올리고머, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물이, 나노 입자; 양이온성 광개시제; 2 이상의 에폭시시클로헥산기 또는 2 이상의 옥세탄 고리를 포함하는 반응성 개질제; 평활제; 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 더 포함하는, 방법.
  5. (a) 가요성 기판을 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 가요성 기판 상에 코팅 조성물의 층을 배치하는 단계;를 포함하며,
    여기서, 상기 가요성 기판은 연필 경도가 1H 이상이고, 헤이즈 값이 2 % 미만이며, 황변지수가 6 미만이고;
    상기 코팅 조성물은 (1) 하나 이상의 경화성 올리고머; (2) 2,6-디메틸시클로헥사논, 2,4-디메틸-3-펜타논, 2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논, 2,4-디메틸-3-펜탄올, 2,6-디메틸-4-헵타논, 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트, 이소프로필 아세테이트 및 이소아밀 아세테이트에서 선택되는 적어도 하나의 유기 코팅 용매; 및 (3) 나노 입자;를 포함하는,
    방법.
  6. (1) 하나 이상의 경화성 실록산 올리고머;
    (2) 2,6-디메틸시클로헥사논, 2,4-디메틸-3-펜타논, 2,4-디메틸-3-펜탄올, 2,2,4,4-테트라메틸-3-펜타논, 2,6-디메틸-4-헵타논 및 메틸 2-히드록시-2-메틸프로파노에이트에서 선택되는 적어도 하나의 유기 코팅 용매; 및
    (3) 나노 입자;를 포함하는,
    조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유기 코팅 용매와 상이한 하나 이상의 이차 유기 용매를 더 포함하는, 조성물.
  8. 제6항에 있어서, 상기 경화성 실록산 올리고머는 화학식 R1 m R2 n Si(OR3)4 - m - n 의 중합 단위를 포함하고, 식 중 R1은 지환족 고리에 융합되는 옥시란 고리를 포함하는 C5-20의 지방족기; R2는 C1-20 알킬, C6-30 아릴기, 또는 하나 이상의 헤테로 원자를 갖는 C5-20 지방족기; R3은 C1-4 알킬기 또는 C1-4 아실기이고; m은 0.1 내지 2.0이고; n은 0 내지 2.0인, 조성물.
  9. 제6항에 있어서, 양이온성 광개시제; 2 이상의 에폭시시클로헥산기 또는 2 이상의 옥세탄 고리를 포함하는 반응성 개질제; 평활제; 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 더 포함하는, 조성물.
  10. 제6항에 있어서, 상기 나노 입자가 5 내지 50 nm의 평균 입자 직경을 갖는 비-다공성 나노 입자인, 조성물.
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