KR102423927B1 - 접착 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접착 필름을 개시한다. 접착 필름은 나노입자가 분산된 아크릴계 수지를 포함하며, 상기 나노 입자를 포함함으로써 기계적 물성과 접착력이 동시에 향상된 효과를 제공한다.

Description

접착 필름{ADHESIVE FILM}
본 발명은 접착 필름에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 나노입자를 포함하여 접착력과 기계적 물성이 동시에 개선된 접착 필름에 관한 것이다.
휴대용 전자기기 등의 전자 디바이스들은 각각 다른 역할을 하는 다층 구조로 제작된다. 이 때, 각각을 구성하는 층들의 결합을 이하여 얇은 접착 필름(또는 접착 필름)이 사용된다. 접착 필름은 물체와 물체를 접합하는 성질을 가지는 고분자 물질 기반의 필름으로, 주로 수지(resin), 용제(solvent), 첨가제(additive) 등을 포함하여 구성된다. 전자 디바이스의 보급이 증가함에 따라 접착 필름의 활용도 또한 증가하고 있으며, 구성하는 층들의 효율적인 결합을 위해 얇은 두께, 우수한 접착력, 기계적 강도, 유연성 등 다양한 물성이 요구되고 있다.
접착 필름은 다양한 종류의 물체를 접합하고 접합된 상태에서 제품의 일부로 사용되기 때문에 강한 접착력과 기계적 물성이 필수적으로 요구되며, 이러한 물성을 구현하기 위하여 수지의 종류나 조성을 조절하거나 첨가제를 이용하여 물성을 제어하고 있다.
그러나 강도, 강성 등의 기계적 물성과 접착력은 상호 트레이드 오프(trade off)관계이기 때문에 기계적 물성이 개선되는 경우 접착력은 떨어지고, 접착력이 개산되는 경우 기계적 물성은 약해지는 서로 상반된 물성에 해당한다. 구체적으로 예를 들면, 접착 필름의 기계적 물성을 개선하기 위하여 딱딱한(rigid)함을 부여할 수 있는 성분을 첨가하면, 접착 필름과 피착제(substrate)와의 접착력이 약해지게 되고, 반대로 접착력을 강화하기 위한 성분을 도입하거나 함량을 증가시키면 기계적 물성이 약화되게 떨어진다.
본 발명의 일 목적은 접착력과 기계적 물성이 동시에 개선된 접착 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적을 위한 접착 필름은 나노입자가 분산된 아크릴계 수지를 포함하며, 나노입자를 첨가함으로써 기계적 강도가 현저하게 개선되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 접착 필름은 상기 아크릴계 수지를 포함하는 제1 접착 수지층, 상기 제1 접착 수지층 상에 형성되고, 상기 아크릴계 수지 및 나노입자를 포함하는 나노입자층 및 상기 나노입자층 상에 형성되고, 상기 아크릴계 수지를 포함하는 제2 접착 수지층을 포함하는 샌드위치 구조로 형성될 수 있다.
샌드위치 구조 형성된 접착 필름은 피착제와 부착되는 층이 아크릴계 수지로 형성되어 있으므로 피착제와 부착되는 면에 나노입자의 존재로 인해 접착력이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다. 동시에 나노입자가 첨가된 층이 필름의 가운데 형성되어 피착제와의 접착력은 유지하면서 나노입자의 첨가로 인해 강도와 강성이 향상되는 접착 필름을 제공할 수 있는 장점이 있다.
일 실시예에서, 상기 나노입자는 상기 나노입자는 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산(POSS) 또는 표면처리된 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산(POSS) 나노입자 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산의 함량은 0.2 내지 0.3 wt% 일 수 있다. 상기 POSS의 함량이 0.3 wt% 초과로 첨가되는 경우에는 접착 필름의 기계적 물성은 향상되나 접착력은 감소하는 문제점이 있다.
일 실시예에서, 상기 나노입자는 실리카, 산화철, 카본블랙, 그래핀, 산화그래핀, 클레이, 탄소나노튜브 및 나노셀룰로오스으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노입자가 실리카 나노입자인 경우, 상기 실리카 나노입자는 폴리도파민으로 표면처리된 나노입자일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 아크릴계 수지는 2,2,2-트리플루오로에틸 메타크릴레이트(TMFA), 아크릴산(AA), 2-HEA 및 β-CEA을 포함할 수 있다.
본 발명의 접착 필름에 따르면, 종래 접착 필름 대비 나노입자를 첨가하는 비교적 간단한 구성만으로도 기계적 물성과 접착력이 현저하게 개선된 접착 필름을 제공할 수 있으며, 휴대용 전자기기 등의 다양한 디바이스와 같이 주로 물리적인 특성이 주로 요구되는 분야에 용이하게 응용가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접착 필름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접착 필름의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 실험예 1에 따른 나노입자 종류에 따른 접착 필름의 물성 변화 분석 결과를 나타내는 도면이다. 도 3 및 4에서 NEAT는 나노입자를 첨가하지 않은 접착 필름을 의미한다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 PDA-Si 나노입자를 포함한 접착필름의 물성 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 표면처리된 POSS 나노입자의 화학적 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 표면처리된 POSS 나노입자를 포함한 접착필름의 물성 분석 결과를 나타내는 도면이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접착 필름을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 접착 필름은 종래에 단일층으로 구성된 접착 필름에서 구성 성분에 따른 접착력과 기계적 물성이 트레이드 오프(trade off) 문제를 해결하기 위해 나노입자가 분산된 아크릴계 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 일례로, 본 발명의 접착 필름은 나노입자가 분산된 아크릴계 수지를 포함하는 접착층을 포함함으로써 접착력과 기계적 물성을 동시에 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접착 필름은 제1 아크릴계 수지를 포함하는 제1 접착 수지층, 상기 제1 접착 수지층 상에 형성되고, 제2 아크릴계 수지 및 나노입자를 포함하는 나노입자층 및 상기 나노입자층 상에 형성되고, 상기 제1 아크릴계 수지를 포함하는 제2 접착 수지층을 포함하는 샌드위치 구조일 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 접착 수지층은 피착제와 접착하는 부분으로, 피착제와 접착력이 우수한 조성을 갖는 제1 접착 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 나노입자층은 나노입자를 포함함으로써 상기 접착필름의 기계적 물성 뿐만 아니라 접착력을 향상시키는 층으로, 상기 나노입자층은 상기 나노입자와 결합력이 우수한 조성을 갖는 제2 아크릴계 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 아크릴계 수지는 상기 접착 수지층과 나노입자층간의 접착력을 개선시키기 위해 동일하거나 유사한 조성 갖는 수지로 형성될 수 있다.
상기 아크릴계 수지는 이소데실아크릴레이트(IDA), 이소보닐아크릴레이트(IBOA), THFA(Tetra
hydro furfuryl acrylate), 아크릴산(AA), 2-HEA 및 β-CEA으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다. 그러나 본 발명에서는 이의 종류에 반드시 제한되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 수지는 접착 필름의 물성을 제어하기 위해 추가적으로 가교제, 광개시제 및 접착부여제(Tackifier) 등을 더 포함할 수 있다.
상기 가교제는 가교를 통해 접착 필름의 응집력을 향상시킬 수 있는 물질로, 예를 들면, 1,6-헥산디올-디아크릴레이트(HDDA) 등이 이용될 수 있다.
상기 광개시제는 광가교 반응을 일으킬 수 있는 물질로, 예를 들면, irgacure 907, Irgacure 819 및 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥사이드(TPO) 등 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 접착부여제는 접착제가 피착제 표면에 잘 달라 붙게 하는, 보다 용이하게 초기 접착력을 구현하기 위해서 사용하는 유기계 수지를 의미하는 것으로, 예를 들어, 테르펜 페놀계 접착부여제(David Chemical사, SP-560)일 수 있다.
상기 나노입자는 수 나노미터 내지 밀리미터 수준의 크기를 가질 수 있다. 상기 나노입자는 실리카, 산화철, 카본블랙, 그래핀, 산화그래핀, 클레이, 탄소나노튜브, 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산(POSS) 및 나노셀룰로오스 등에서 선택된 하나 이상의 나노입자일 수 있다. 또한, 상기 나노입자는 표면이 처리된 나노입자일 수 있다. 상기 아크릴계 수지 및 나노입자와 친화성이 있고, 자체적으로 접착력을 가진 물질로 나노입자를 표면 처리하여 접착 필름을 제조하는 경우, 접착 필름은 인장 강도가 향상될 수 있고, 표면처리 물질의 자체적인 접착력에 의해 접착제의 박리 강도가 강화될 수 있다. 바람직하게는, 상기 나노입자는 폴리도파민으로 표면처리된 실리카 나노입자일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접착 필름은 아크릴계 수지로 THFA(Tetra hydro furfuryl acrylate), 아크릴산(AA), 2-HEA 및 β-CEA를 포함하고, 나노입자로 폴리도파민으로 표면처리된 실리카 나노입자 또는 표면처리된 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산(POSS)을 포함할 수 있다. 상기 표면처리된 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하는 경우, 표면처리된 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산(POSS)의 함량은 0.2 내지 0.3 wt% 일 수 있다. 이렇게 제조된 접착 필름은 나노입자를 첨가하지 않은 접착 필름 보다 개선된 인장 강도와 박리 강도를 갖는 효과가 있다.
상기 접착 필름의 두께는 수십 내지 수백 마이크로미터일 수 있다. 이는 본 발명의 접착 필름은 물리적 특성인 기계적 및 접착력 특성이 주로 요구되기 때문에 이와 같은 두께를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접착 필름의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 접착 필름의 제조방법은 먼저 나노입자가 분산된 아크릴계 수지를 캐스팅하는 캐스팅 단계 및 상기 캐스팅 단계 후에 UV 또는 열 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 캐스팅 단계 후, 열 경화 단계를 수행하기 전에 필름의 두께를 조절하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 필름의 두께는 예를 들면, 열(heat) 롤(roll)에 의해 압연하는 캘린더링 방식을 이용하여 조절할 수 있다. 만약 다층 구조의 필름을 제조하려는 경우, 상기 캐스팅 단계는 몰드에 실험자가 원하는 구조로 수지를 주입하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래기술 대비 접착 필름에 나노입자를 첨가함으로써 향상된 기계적 물성과 접착력을 갖는 접착 필름을 제공할 수 있고, 본 발명의 접착 필름은 주로 기계적 물성이 요구되는 분야에 용이하게 응용할 수 있는 장점이 있다.
이하에서, 구체적인 실시예들 및 비교예를 통해서 본 발명의 접착 필름에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 접착 필름 #1
본 발명의 실시예 1에 따른 접착 필름 #1은 아크릴계 수지, 가교제, 광개시제 및 폴리도파민으로 표면처리된 실리카 나노입자(이하에서 PDA-Si)를 이용하여 제조하였다. 제조에 사용된 상기 물질들의 구체적인 종류 및 함량은 하기의 표 1에 나타냈다.
구분 함량 (wt%)
아크릴계 수지
(base resin)		 IDA
Figure 112020137246638-pat00001
 7.00
THFA
Figure 112020137246638-pat00002
 2.80
AA
Figure 112020137246638-pat00003
 0.35
IBOA
Figure 112020137246638-pat00004
 10.15
2-HEA
Figure 112020137246638-pat00005
 50.75
β-CEA
Figure 112020137246638-pat00006
 20.30
가교제 HDDA
Figure 112020137246638-pat00007
 6.00
광개시제 Irgacure#819
Figure 112020137246638-pat00008
 2.60
접착 필름 #1의 제조는 도 2에서 나타낸 공정을 통해 제조하였고, 도 2를 참조하여 접착 필름 #1의 제조방법을 설명하면, 상기 표 1과 같이 나타낸 아크릴계 수지, 가교제 및 광개시제를 혼합하여 제1 혼합 수지를 제조한 후, 제조된 상기 제1 혼합 수지를 각각 탱크 A 및 B(빨간색, 초록색)에 주입하고, 상기 혼합 수지에 PDA-Si를 첨가한 제2 혼합 수지를 탱크 C(푸른색)에 주입한 다음, 상기 탱크 A, B 및 C에 담긴 각각의 수지들을 통해 다층 구조의 필름을 제조하였다. 그런 다음 UV 사전 경화를 수행한 다음 캘린더링을 통해 두께를 조절한 후 UV 본 경화를 수행함으로써 본 발명의 실시예 1에 따른 접착 필름 #1을 제조하였다.
실험예 1: 나노입자 종류에 따른 접착 필름의 물성 변화 분석
나노입자의 종류에 따른 접착 필름의 물성 변화를 분석하기 위해, 본 발명의 실시예 1과 같은 조성에 상이한 나노입자를 첨가함으로써 제조된 각각의 접착 필름 물성 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 3 및 4에 각각 나타냈다.
먼저, 도 3 a 및 b를 참조하면, 산화그래핀(GO) 나노입자를 첨가한 접착 필름의 경우 박리 강도는 증가했으나 인장 감도는 감소한 것을 확인할 수 있고, Tween 80으로 표면처리된 산화그래핀(TW-GO) 및 폴리도파민이 표면처리된 박리된 그래핀(PDA-MGW) 나노입자를 첨가한 접착 필름의 경우, 나노입자를 첨가했음에도 불구하고 인장 및 박리 강도가 동시에 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한, 폴리도파민으로 표면처리된 나노입자는 Tween 80으로 표면처리된 접착 필름보다 박리 강도의 감소가 현저하게 줄어든 것을 확인할 수 있다.
이어서, 도 4 a 및 b를 참조하면, 실리카(si) 나노입자 및 폴리도파민으로 표면처리된 실리카(PDA-Si) 나노입자를 첨가한 접착필름 모두 박리 강도는 감소했으나 인장 강도는 증가한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실리카 나노입자를 첨가한 접착 필름의 인장 강도는 모두 증가한 것을 확인할 수 있다.
실시예 2: 접착 필름 #2
본 발명의 실시예 1에 따른 접착 필름 #2는 아크릴계 수지, 가교제, 광개시제, 접착부여제(Tackifier) 및 폴리도파민으로 표면처리된 실리카 나노입자(이하에서 PDA-Si)를 이용하여 제조하였다. 접착 필름 #2의 제조는 사용된 물질들을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정을 통해 제조되었고, 제조에 사용된 상기 물질들의 구체적인 종류 및 함량은 하기의 표 2에 나타냈다.
구분 함량 (wt%)
아크릴계 수지
(base resin)		 2-EHA
Figure 112020137246638-pat00009
 62.03
THFA
Figure 112020137246638-pat00010
 0.01
AA
Figure 112020137246638-pat00011
 26.52
접착부여제
(Tackifier)		 SP-560
Figure 112020137246638-pat00012
 10.06
가교제 HDDA
Figure 112020137246638-pat00013

 0.40
광개시제 Irgacure#819
Figure 112020137246638-pat00014
 0.98
실험예 2: PDA-Si를 포함하는 접착 필름의 물성 변화 분석
본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 PDA-Si 나노입자가 포함된 접착 필름의 물성 변화를 관찰하였고, 그 결과를 도 5에 나타냈다.
도 5를 참조하면, PDA-Si 나노입자가 포함된 접착 필름 모두 인장 강도 및 박리 강도가 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, PDA-Si 나노입자에서 폴리도파민의 구성 비율이 증가할수록 인장 강도가 증가하며 박리 강도는 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해서, PDA-Si 나노입자를 포함하는 접착 필름은 인장 강도와 박리 강도가 동시에 개신됨을 알 수 있고, 또한 PDA-Si 나노입자의 조성을 제어함으로써 인장 강도와 박리 강도를 사용 환경에 따라 적절하게 제어하여 사용할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3: 접착 필름 #3
나노입자로 PDA-Si 대신 메타크릴(Methacryl)기로 표면처리된 POSS 나노입자를 사용한 것을 제외하고는, 본 발명의 실시예 2와 동일한 공정을 통해 접착 필름 #3을 제조하였고, 제조된 메타크릴기로 표면처리된 POSS 나노입자의 모식도를 도 6에 나타냈다.
도 6을 참조하면, 메타크릴기로 표면처리된 POSS 나노입자는 POSS의 Si에 메타크릴기가 연결되어 붙어있는 것을 확인할 수 있다.
실험예 3: POSS 나노입자를 포함하는 접착 필름의 물성 변화 분석
본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 메타크릴(Methacryl)기로 표면처리된 POSS 나노입자가 포함된 접착 필름의 물성 변화를 관찰하였고, 그 결과를 도 7에 나타냈다.
도 7을 참조하면, 표면처리된 POSS 나노입자를 첨가한 경우, 약 0.3 wt%의 함량에서 인장강도와 박리강도가 모두 증가한 것을 확인할 수 있다. 이후에서는 표면처리된 POSS 나노입자의 함량이 증가함에 따라 기계적 물성은 증가하지만 점착력음 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 메타크릴기로 표면처리된 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산(POSS) 나노입자가 분산된 아크릴계 수지를 포함하는,
    접착 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착 필름은,
    상기 아크릴계 수지를 포함하는 제1 접착 수지층;
    상기 제1 접착 수지층 상에 형성되고, 상기 아크릴계 수지 및 나노입자를 포함하는 나노입자층; 및
    상기 나노입자층 상에 형성되고, 상기 아크릴계 수지를 포함하는 제2 접착 수지층;을 포함하는 샌드위치 구조인 것을 특징으로 하는,
    접착 필름.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산의 함량은 0.2 내지 0.3 wt% 인 것을 특징으로 하는,
    접착 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지는 THFA(Tetra hydro furfuryl acrylate), 아크릴산(AA), 2-HEA 및 β-CEA을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    접착 필름.
  7. 폴리도파민으로 표면처리된 실리카 나노입자가 분산된 아크릴계 수지를 포함하는,
    접착 필름.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지는 THFA(Tetra hydro furfuryl acrylate), 이소데실아크릴레이트(IDA), 이소보닐아크릴레이트(IBOA), 아크릴산(AA), 2-HEA 및 β-CEA 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    접착 필름.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 접착 필름은,
    상기 아크릴계 수지를 포함하는 제1 접착 수지층;
    상기 제1 접착 수지층 상에 형성되고, 상기 아크릴계 수지 및 나노입자를 포함하는 나노입자층; 및
    상기 나노입자층 상에 형성되고, 상기 아크릴계 수지를 포함하는 제2 접착 수지층;을 포함하는 샌드위치 구조인 것을 특징으로 하는,
    접착 필름.
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