KR102516093B1 - 코팅 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 방법은 기판에 이종의 광개시제를 포함하는 제1 코팅 조성물을 도포하는 단계, 상기 제1 코팅 조성물에 제1 파장을 갖는 자외선을 조사하여 제1 코팅층을 형성하는 단계, 상기 제1 코팅층에 제2 코팅 조성물을 도포하는 단계 및 상기 제2 코팅 조성물에 제2 파장을 갖는 자외선을 조사하여 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 이종의 광개시제는 제1 파장 범위에서 경화되는 제1 개시제 및 제2 파장 범위에서 경화되는 제2 광개시제를 포함하고, 상기 제1 파장 범위와 상기 제2 파장 범위는 서로 중첩하지 않는다.

Description

코팅 방법{COATING METHOD}
본 개시는 코팅 방법에 대한 것이다.
일반적으로 투명 플라스틱(PMMA, PET, PC)은 가볍고 열에 의한 성형이 쉬우며, 내구성 및 내약품성 등이 우수하기 때문에 자동차, 컴퓨터, 핸드폰과 같은 전기부품 및 일반적인 가정용품에 이르기까지 그 적용범위가 넓다. 가장 일반적으로 사용되고 있는 투명 플라스틱은 폴리카보네이트(PC)로서 광투과율이 90% 정도이고, 내충격성이 우수하여 유리를 대체하여 자동차, 건축, 장식품, 광학렌즈 등의 분야에 널리 사용되고 있다.
그러나 이러한 플라스틱 수지는 유리와 달리 대부분 연질의 표면을 가지고 있어 쉽게 긁히거나 내약품성에 약한 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 플라스틱 표면에　하드코팅을 하는　방법이 통상적으로 사용되고 있으며, 이는 플라스틱 표면에 경도가 높은 피막을 형성시켜 표면에서 스크래치의 발생에 의해 외관이 손상되는 것을 막는 동시에 내약품성 등을 향상시킬 수 있었다. 플라스틱의 경도를 높이기 위해서는 하드코팅이 충분한 두께를 가져야 한다.
실시예들은 층간의 부착력이 뛰어난 다층 구조의 코팅층을 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
일 실시예에 따른 코팅 방법은 기판에 이종의 광개시제를 포함하는 제1 코팅 조성물을 도포하는 단계, 상기 제1 코팅 조성물에 제1 파장을 갖는 자외선을 조사하여 제1 코팅층을 형성하는 단계, 상기 제1 코팅층에 제2 코팅 조성물을 도포하는 단계, 및 상기 제2 코팅 조성물에 제2 파장을 갖는 자외선을 조사하여 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 이종의 광개시제는 제1 파장 범위에서 경화되는 제1 광개시제 및 제2 파장 범위에서 경화되는 제2 광개시제를 포함하고, 상기 제1 파장 범위와 상기 제2 파장 범위는 서로 중첩하지 않는다.
상기 제1 파장은 280 nm 내지 315 nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 제2 파장은 200 nm 내지 279 nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 제1 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 제2 광개시제는 반응하지 않을 수 있다.
상기 제1 코팅층을 형성하는 단계 이후, 상기 제1 코팅층의 표면에 요철이 형성될 수 있다.
상기 제1 코팅층을 형성하는 단계 이후, 상기 제1 코팅층의 표면이 점성을 가질 수 있다.
상기 제2 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 제1 코팅층에 포함된 제2 광개시제가 경화될 수 있다.
상기 제2 코팅 조성물은 제2 광개시제를 포함할 수 있다.
상기 제1 광개시제는 메틸-4'-(메틸티오)-2-모르폴리노프로피오페논을 포함할 수 있다.
상기 제2 광개시제는 하이드로사이클로헥실 페닐 케톤, 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 메틸 에테르, 및 벤조인 이소부틸 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 제1 코팅 조성물은 올리고머, 모노머 및 무기 나노 입자를 포함할 수 있다.
상기 제1 코팅 조성물에 포함된 올리고머, 모노머, 광개시제 및 무기 나노 입자의 함량의 합이 전체 제1 코팅 조성물에 대하여 70중량% 이하일 수 있다.
상기 기판은 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리에틸렌 프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 제1 코팅층의 높이는 5㎛ 내지 15㎛이고, 상기 제2 코팅층의 높이는 5㎛ 내지 15㎛일 수 있다.
다른 일 실시예에 따른 코팅 방법은 기판에 친수성 레벨링제를 포함하는 제1 코팅 조성물을 도포하는 단계, 상기 제1 코팅 조성물에 자외선을 조사하여 제1 코팅층을 형성하는 단계, 상기 제1 코팅층에 제2 코팅 조성물을 도포하는 단계, 그리고 상기 제2 코팅 조성물에 자외선을 조사하여 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 친수성 레벨링제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 친수성 레벨링제는 제1 코팅 조성물에 1 중량% 이하로 포함될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016081894584-pat00001
[화학식 2]
Figure 112016081894584-pat00002
상기 n 및 x는 각각 독립적으로 1 내지 20이고, 상기 R은 수소이다.
상기 제1 코팅층을 형성하는 단계 이후, 상기 제1 코팅층의 표면에 요철이 형성될 수 있다.
상기 제1 코팅층을 형성하는 단계 이후, 상기 제1 코팅층의 표면이 점성을 가질 수 있다.
상기 제1 코팅층의 높이는 5㎛ 내지 15㎛이고, 상기 제2 코팅층의 높이는 5㎛ 내지 15㎛일 수 있다.
상기 제1 코팅 조성물은 제1 파장 범위에서 경화되는 제1 광개시제 및 제2 파장 범위에서 경화되는 제2 광개시제를 포함하고, 상기 제2 코팅 조성물은 제2 파장 범위에서 경화되는 제2 광개시제를 포함하며, 상기 제1 파장은 280 nm 내지 315 nm의 범위이고, 상기 제2 파장은 200 nm 내지 279 nm의 범위일 수 있다.
실시예들에 따르면, 층간의 부착력이 뛰어난 다층 구조의 코팅층을 형성하는 방법을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 코팅 과정을 도시한 것이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 코팅 과정을 도시한 것이다.
도 3은 비교예와 실험예에 따라 각각 제조된 코팅층에 대하여 부착력 테스트를 실행하고 그 결과를 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이제 본 개시의 실시예에 따른 코팅 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 일 실시예에 따른 코팅 방법은 기판에 이종의 광개시제를 포함하는 제1 코팅 조성물을 도포하는 단계, 상기 제1 코팅 조성물에 제1 파장을 갖는 자외선을 조사하여 제1 코팅층을 형성하는 단계, 상기 제1 코팅층에 제2 코팅 조성물을 도포하는 단계, 및 상기 제2 코팅 조성물에 제2 파장을 갖는 자외선을 조사하여 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 이종의 광개시제는 제1 파장 범위에서 경화되는 제1 광개시제 및 제2 파장 범위에서 경화되는 제2 광개시제를 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 코팅 과정을 도시한 것이다. 도 1a를 참고로 하면, 먼저 기판(110)에 이종의 광개시제를 포함하는 제1 코팅 조성물(120)을 도포한다. 이때, 기판(110)은 플라스틱을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 기판(110)은 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리에틸렌 프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
제1 코팅 조성물(120)은 하드 코팅 물질 및 이종의 광개시제를 포함할 수 있다. 또한, 코팅층의 경도를 높이기 위하여, 제1 코팅 조성물(120)은 무기 나노 입자를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 코팅 조성물(120)은 용매, 올리고머, 모노머, 광개시제, 무기 나노 입자를 포함하며, 전체 코팅 조성물(120)에 대하여 올리고머, 모노머, 광개시제, 무기 나노 입자의 함량의 합이 총 70중량% 이하일 수 있다. 이때, 무기 나노 입자의 함량은 5 중량% 이하일 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 코팅 조성물(120)의 용매는 케톤 또는 알코올을 포함할 수 있다. 일례로, 용매는 IPA, MEK, 메틸 알코올, PGMEA, 2-프로판올, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), 에틸 메틸 케톤 및 디소부틸 케톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 코팅 조성물(120)은 아크릴레이트 올리고머, 메타 아크릴레이트 올리고머, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 및 하이퍼 브랜치 메타크릴레이트 모노머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 올리고머를 포함할 수 있다. 일례로, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol Hexaacrylate)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 코팅 조성물(120)은 모노머로 하나 이상의 관능기를 가진 모노머를 1종 이상 포함할 수 있다. 하나 이상의 관능기를 가진 모노머는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene diisocyanate, HDI), 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트(Pentaerythritol　triacrylate, PETA), 헥사엔디올 디아크릴레이트(Hexanediol Diacrylate, HDDA), 프로폭시레이티드 글리세롤 트리아크릴레이트(Propoxylated glycerol triacrylate, GPTA), 에톡시레이티드 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(Ethoxylated trimethylol propane triacrylate, EOTMPTA), 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(Trimethylol propane triacrylate, TMPTA), 및 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트(Tripropylene glycol diacrylate, TPGDA)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
제1 코팅 조성물(120)에 포함되는 무기 나노 입자는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2) 및 티타니아(TiO2) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 이때, 무기 나노 입자의 크기는 10 nm 내지 50 nm 일 수 있다.
또한, 무기 나노 입자는 반응기를 포함할 수도 있다. 즉, 올리고머, 다관능 모노머 또는 단관능 모노머와 화학적으로 결합한 무기 나노 입자가 제1 코팅 조성물(120) 내에 포함될 수 있다.
다만, 제1 코팅 조성물(120)의 조성은 이에 제한되지 않으며, 기판(110)에 코팅되어 기판(110)의 강도를 개선할 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용 가능하다.
제1 코팅 조성물(120)은 제1 광개시제(11) 및 제2 광개시제(12)를 포함할 수 있다. 광개시제는 광 조사시 광경화를 유도하는 물질로, 광개시제를 포함하는 코팅 조성물에 광을 조사하는 경우 코팅 조성물이 경화된다.
제1 광개시제(11) 및 제2 광개시제(12)는 광경화가 일어나는 파장이 서로 다르다. 제1 광개시제(11)는 280 nm 내지 315 nm 파장 범위의 광을 조사하였을 때 경화가 일어날 수 있다. 이때 제1 광개시제(11)의 광경화가 일어나는 280 nm 내지 315 nm 범위의 파장을 제1 파장이라고 지칭한다. 제2 광개시제(12)는 200 nm 내지 279 nm 파장 범위의 광을 조사하였을 때 경화가 일어날 수 있다. 이때 제2 광개시제(12)의 광경화가 일어나는 200 nm 내지 279 nm 범위의 파장을 제2 파장이라고 지칭한다.
제1 광개시제(11)는 메틸-4'-(메틸티오)-2-모르폴리노프로피오페논(Methyl-4'-(methlythio)-2-morpholinopropiophenone)을 포함할 수 있다.
제2 광개시제(12)는 하이드로사이클로헥실 페닐 케톤(Hydroxycyclohexyl phenyl ketone), 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone), 벤조인 에틸 에테르(Benzoin Ethyl Ether), 벤조인 메틸 에테르(Benzoin Methyl Ether), 및 벤조인 이소부틸 에테르(Benzoin isobutyl ether)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 실시예에서, 제1 코팅 조성물에 포함된 제1 광개시제(11) 및 제2 광개시제(12) 함량의 합은 0.1 중량% 내지 5 중량% 일 수 있다.
제1 코팅 조성물(120)이 도포되는 두께는 5㎛ 내지 15㎛ 일 수 있다.
다음, 도 1b를 참고로 하면, 제1 파장을 갖는 자외선을 조사하여 제1 조성물을 경화시켜, 제1 코팅층(125)을 형성한다. 제1 파장은 280 nm 내지 315 nm 범위의 파장이다.
이때, 제1 코팅 조성물(120) 내에 포함되어 있던 제1 광개시제(11)가 광에 의하여 반응하고, 제1 코팅 조성물(120) 내의 고분자들이 중합하여 제1 코팅층(125)이 형성된다.
그러나, 제1 코팅 조성물(120) 내에 포함되어 있던 제2 광개시제(12)는 제1 파장에 의하여 경화되지 않는다. 따라서, 제1 코팅층(125) 내의 제2 광개시제(12)는 미반응 상태로 잔존한다. 이러한 미반응 제2 광개시제(12)가 남아있기 때문에, 제1 코팅층(125) 또한 완전히 경화되지 않는다. 따라서 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 코팅층(125)의 표면은 평탄하지 않고 요철이 형성되게 된다. 이러한 요철은 미반응 제2 광개시제(12)가 점성을 갖는 끈적한 상태로 남아있기 때문에 형성되며, 제1 코팅층(125) 표면 전체에 걸쳐 위치할 수 있다. 즉, 제1 코 팅층(125)의 표면 부근에 위치하는 미반응 제2 광개시제(12)에 의해, 제1 코팅층(125)의 표면은 점성을 가지게 된다.
이러한 제1 코팅층(125) 표면의 요철과 점성은, 이후 제2 코팅층(135)이 형성되는 과정에서 제1 코팅층(125)과 제2 코팅층(135)의 부착력을 개선하여 준다. 구체적인 효과에 대하여는 이후 자세히 설명한다.
다음, 도 1c를 참고로 하면, 제1 코팅층(125) 위에 제2 코팅 조성물(130)을 도포한다. 이때, 제2 코팅 조성물(130)은 5㎛ 내지 15㎛ 의 두께로 도포될 수 있다.
이때, 제1 코팅층(125) 표면에 형성된 요철은 앵커 효과(Anchor effect)에 의해 제2 코팅 조성물(130)과 제1 코팅층(125)을 밀착시킨다. 앵커 효과란 거칠기를 갖는 표면에 코팅액이 유입되는 경우, 코팅액이 표면 요철 내에 고착화되어 코팅이 잘 이루어지는 효과이다. 또한, 제1 코팅층(125)의 표면은 미반응 제2 광개시제(12)에 의해 점성을 가지면서 끈적한 상태이므로, 제2 코팅 조성물(130)이 제1 코팅층(125)에 고르게 밀착할 수 있다.
제2 코팅 조성물(130)은 단일 종류의 광개시제를 포함한다는 점을 제외하고는, 제1 코팅 조성물(120)과 동일한 조성의 물질을 포함할 수 있다. 즉, 제2 코팅 조성물(130)은 용매, 올리고머, 모노머, 광개시제, 무기 나노 입자를 포함하며, 전체 제2 코팅 조성물(130)에 대하여 올리고머, 모노머, 광개시제, 무기 나노 입자의 함량의 합이 총 70중량% 이하일 수 있다. 이때, 무기 나노 입자의 함량은 5 중량% 이하일 수 있으며, 광개시제의 함량은 0.1 중량% 내지 5 중량% 일 수 있다. 상기 용매, 올리고머, 모노머 및 무기 나노 입자에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 동일하다. 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다만, 제2 코팅 조성물(130)은 제2 파장 범위에서 경화되는 광개시제만을 포함한다. 즉, 제2 코팅 조성물(130)은 제2 광개시제(12)를 포함할 수 있다. 제2 광개시제(12)는 200 nm 내지 279 nm 파장 범위의 광을 조사하였을 때 경화가 일어날 수 있다. 제2 광개시제(12)는 하이드로사이클로헥실 페닐 케톤(Hydroxycyclohexyl phenyl ketone), 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone), 벤조인 에틸 에테르(Benzoin Ethyl Ether), 벤조인 메틸 에테르(Benzoin Methyl Ether), 및 벤조인 이소부틸 에테르(Benzoin isobutyl ether)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 다만, 제1 코팅 조성물(120)에 포함되는 제2 광개시제(12)와, 제2 코팅 조성물(130)에 포함되는 제2 광개시제(12)는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 다만, 그 구체적인 물질이 상이하더라도, 제1 코팅 조성물(120)에 포함되는 제2 광개시제(12)와, 제2 코팅 조성물(130)에 포함되는 제2 광개시제(12)는 제2 파장(200nm 내지 279nm) 범위에서 경화된다는 점에서는 동일하다.
또한, 제1 코팅 조성물(120)과 제2 코팅 조성물(130)은 포함하는 올리고머, 모노머 및 무기 나노 입자의 종류 및 함량이 서로 상이할 수 있다. 즉, 제1 코팅 조성물(120)과 제2 코팅 조성물(130)의 조성이 반드시 동일한 것은 아니다.
다음, 도 1d를 참고하면, 제2 파장(200nm 내지 279nm)을 조사하여 제2 코팅층(135)을 형성한다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 제2 파장의 조사에 의해 제2 코팅 조성물(130)에 포함된 제2 광개시제(12)와 제1 코팅층(125)에 포함된 제2 광개시제(12)가 모두 반응하여 광중합 반응이 일어난다.
이때, 제2 코팅 조성물(130)에 포함된 제2 광개시제(12)가 반응하면서 제2 코팅 조성물(130)은 제2 코팅층(135)으로 경화된다. 또한, 이 과정에서 제1 코팅층(125)에 포함된 제2 광개시제(12)는 제1 코팅층(125)과 제2 코팅층(135)의 계면에서 광중합하여 제1 코팅층(125)과 제2 코팅층(135)의 부착력을 강화시킨다. 즉, 제1 코팅층(125)과 제2 코팅층(135)의 계면에서 광중합이 일어나면서 제1 코팅층(125) 표면의 요철은 제거되고, 제1 코팅층(125)과 제2 코팅 조성물(135)은 서로 강력하게 부착된다.
이상과 같이 일 실시예에 따른 코팅층의 제조 방법은 제1 코팅층(125) 및 제2 코팅층(135)을 차례로 도포, 각각 경화하여 코팅층을 제조한다. 따라서, 두꺼운 두께를 갖는 코팅층을 제공할 수 있다. 즉, 플라스틱 기판 또는 필름 위에 형성되는 코팅층은, 플라스틱의 낮은 경도를 커버할 수 있도록 경도가 충분히 높아야 한다. 이때 코팅층이 높은 경도를 갖도록 하기 위해서는 코팅층의 두께가 두꺼워질 필요가 있다. 그러나, 코팅층을 단일층으로 형성하는 경우, 두꺼운 코팅층의 형성이 어렵다. 이는 코팅 조성물을 두꺼운 두께로 균일하게 도포하기 어려울 뿐만 아니라, 이러한 도포된 코팅 조성물을 균일하게 한번에 경화시키기도 어렵기 때문이다.
따라서 높은 경도를 갖는, 두꺼운 코팅층을 제조하기 위해서 코팅층을 복수층으로 형성할 수 있다. 즉, 제1 코팅 조성물을 도포하고 경화하여 제1 코팅층을 형성하고, 이후에 제2 코팅 조성물을 도포하고 경화하여 제2 코팅층을 형성하는 방식이다. 그러나 이렇게 코팅층을 다층으로 형성하는 경우, 다층의 코팅층의 계면에서 부착력이 약하고, 따라서 코팅층이 박리되는 문제점이 있다.
그러나 본 실시예에 따른 코팅층의 제조 방법은 코팅층을 다층으로 형성하기 때문에, 높은 경도와 두꺼운 두께를 갖는 코팅층을 형성할 수 있다. 또한, 제1 코팅층 내부에 이종의 광개시제를 포함하고, 제1 코팅층의 경화 및 제2 코팅층의 경화시 조사되는 광의 파장을 다르게 함으로써, 잔존하는 광개시제에 의해 제1 코팅층과 제2 코팅층의 부착력이 개선되도록 하였다. 따라서, 박리 문제를 해결하면서도 높은 경도를 갖는 코팅층의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 기존의 다층 코팅층의 제조 방법은 박리 방지를 위하여 다층의 코팅층 사이에 플라즈마 처리를 하거나 프라이머를 도입하는 별도의 공정이 필요하다. 그러나 본 실시예에 따른 코팅층의 제조 방법은, 별도의 부가적인 공정 없이, 코팅층 제조에 필수적인 광경화 공정만으로도 박리를 예방할 수 있는바 공정을 간소화할 수 있다.
그러면 이하에서 본 기재의 다른 실시예에 대하여 도 2를 참고로 하여 상세히 설명한다. 본 실시예에 따른 코팅 방법은 기판에 친수성 레벨링제를 포함하는 제1 코팅 조성물을 도포하는 단계, 제1 코팅 조성물에 자외선을 조사하여 제1 코팅층을 형성하는 단계, 제1 코팅층에 제2 코팅 조성물을 도포하는 단계 및 상기 제2 코팅 조성물에 자외선을 조사하여 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 도 2는 본 실시예에 따른 코팅 과정을 도시한 것이다.
도 2a를 참고로 하면, 기판(110)에 친수성 레벨링제(13)를 포함하는 제1 코팅 조성물(120)을 도포한다.
기판(110)은 플라스틱을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 기판(110)은 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리에틸렌 프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
제1 코팅 조성물(120)은 하드 코팅 물질 및 친수성 레벨링제(13)를 포함할 수 있다. 제1 코팅 조성물(120)은 무기 나노 입자를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 코팅 조성물(120)은 용매, 올리고머, 모노머, 친수성 레벨링제(13), 무기 나노 입자를 포함하며, 전체 제1 코팅 조성물(120)에 대하여 올리고머, 모노머, 친수성 레벨링제(13), 무기 나노 입자의 함량의 합이 총 70중량% 이하일 수 있다. 이때, 무기 나노 입자의 함량은 5 중량% 이하일 수 있다.
상기 용매, 올리고머, 모노머 및 무기 나노 입자에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 동일하다. 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 본 실시예에서, 제1 코팅 조성물(120)은 친수성 레벨링제(13)를 1 중량% 이하의 함량으로 포함할 수 있다.
친수성 레벨링제(13)는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016081894584-pat00003
[화학식 2]
Figure 112016081894584-pat00004
상기 n 및 x는 각각 독립적으로 1 내지 20이고, 상기 R은 수소이다.
일반적으로 레벨링제란 코팅용 조성물의 표면을 평탄하게 해주는 물질이다. 그러나, 본 실시예와 같은 코팅용 조성물에 친수성 레벨링제가 포함되는 경우, 이는 반대로 코팅층의 표면에 요철을 형성하고 점성을 형성하게 된다. 이는 친수성 레벨링제가 코팅용 조성물의 표면 에너지를 변화시키면서, 한쪽 방향으로 몰리기 때문이다.
따라서, 도 2a에 도시된 바와 같이 표면이 균일하지 않은 제1 코팅 조성물(120)이 형성된다. 도시하지는 않았으나, 제1 코팅 조성물(120)은 광개시제를 포함할 수 있다. 광개시제는 한 종류만 포함할 수도 있고, 도 1에서 설명한 바와 같이 2종 이상의 광개시제를 포함할 수도 있다. 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다음, 도 2b를 참고하면, 도 1의 제1 코팅 조성물(120)에 자외선을 조사하여 제1 코팅층(125)을 형성한다. 이러한 자외선 조사 과정에서도, 상기 제2 코팅층(135)의 표면의 요철 및 점성은 유지될 수 있다. 이는 친수성 레벨링제(13)가 자외선과 반응하지 않고 남아있기 때문이다.
다음, 도 2c를 참조하면, 제1 코팅층(125) 위에 제2 코팅 조성물(130)을 도포한다. 제2 코팅 조성물(130)은 친수성 레벨링제(13)를 포함하지 않는다는 점을 제외하고는 제1 코팅 조성물(120)과 조성이 동일할 수 있다. 그러나, 제2 코팅 조성물(130)의 조성은 제1 코팅 조성물(120)의 조성과 다를 수도 있다.
이때, 제1 코팅층(125) 표면에 형성된 요철은 앵커 효과에 의해 제2 코팅 조성물(130)과 제1 코팅층(125)을 잘 결합시키게 한다. 또한, 제1 코팅층(125)의 표면은 친수성 레벨링제(13)에 의해 끈적한 상태이므로, 제2 코팅 조성물(130)이 제1 코팅층(125)에 고르게 밀착된다.
다음, 도 2d를 참고하면, 제2 코팅 조성물(130)에 자외선을 조사하여 제2 코팅층(135)을 형성한다. 자외선 조사에 의해 제2 코팅 조성물(130)은 경화되어 제2 코팅층(135)이 된다. 이때 제2 코팅층(135)은 친수성 레벨링제에 의해 제1 코팅층(125)과 잘 결합하게 되고, 이러한 결합 과정에서 경계면의 요철이 사라지게 된다.
이상에서는 제1 코팅 조성물 및 제2 코팅 조성물이 각각 단일 광개시제와 친수성 레벨링제를 포함하는 구성에 대하여 설명하였으나, 본 실시예에 따른 코팅 방법은 이종의 광개시제와 친수성 레벨링제를 포함할 수 있다. 이종의 광개시제와 친수성 레벨링제를 모두 포함하는 경우, 각 코팅 조성물에 포함된 광개시제의 종류 및 각 코팅층의 경화에 사용되는 광의 파장은 도 1의 실시예에서 설명한 바와 동일하다. 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
그러면 이하에서 도면을 참고로 하여 본 기재에 따른 코팅 방법의 효과에 대하여 설명한다. 도 3은 비교예와 실험예에 따른 코팅 방법으로 제조된 코팅에 대하여 부착력 테스트를 실행하고 그 결과를 나타낸 것이다.
도 3(a)는 실험예에 따라 이종의 광개시제를 포함하는 제1 코팅 조성물 및 단일 광개시제를 포함하는 제2 코팅 조성물을 각각 경화하여 제조한 다층 코팅에 대하여 부착력 테스트를 실행한 이미지이다. 도 3의 (b)는 비교예에 따른 제조 방법으로 제조한 코팅에 대하여 부착력 테스트를 실행한 것으로, 제1 코팅 조성물과 제2 코팅 조성물을 각각 경화하여 제조하였으나, 제1 코팅 조성물 및 제2 코팅 조성물 모두 단일 종류의 광개시제를 포함한다.
부착력 테스트는 코팅층을 위치시킨 후, 코팅층의 윗면에 테이프를 접착 후 제거하여 코팅층이 박리되는 정도를 육안으로 확인하여 실행하였다. 코팅층이 박리된 경우 이미지가 밝게 나타난다. 그 결과 도 3(a)에 나타난 바와 같이 본 실험예에 따른 코팅 방법은 일부 영역에서만 박리가 나타났을 뿐, 전체적으로 잘 부착되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 도 3(b)를 참고로 하면 이종의 광개시제를 포함하지 않은 비교예에 따른 코팅 방법은, 코팅층의 많은 부분에서 박리가 일어났으며, 부착력이 떨어짐을 확인할 수 있었다. 즉 비교예에 비하여 실험예에 따라 제조된 코팅의 층간 부착력이 뛰어남을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 기재에 따른 코팅 방법은 이종의 광개시제를 포함하는 제1 코팅 조성물을 이용하고, 각각의 광개시제를 다른 파장, 다른 단계에서 경화시킴으로서 다층 코팅에서 층간의 접착력을 개선하였다. 또한, 코팅층을 다층으로 형성할 수 있으므로, 두꺼운 두께 및 높은 경도를 갖는 코팅층을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
11: 제1 광개시제 12: 제2 광개시제
13: 친수성 레벨링제 110: 기판
120: 제1 코팅 조성물 125: 제1 코팅층
130: 제2 코팅 조성물 135: 제2 코팅층

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  15. 기판에 친수성 레벨링제를 포함하는 제1 코팅 조성물을 도포하는 단계,
    상기 제1 코팅 조성물에 자외선을 조사하여 제1 코팅층을 형성하는 단계,
    상기 제1 코팅층에 제2 코팅 조성물을 도포하는 단계, 그리고
    상기 제2 코팅 조성물에 자외선을 조사하여 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 친수성 레벨링제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 친수성 레벨링제는 제1 코팅 조성물에 1 중량% 이하로 포함된 코팅 방법.
    [화학식 1]
    Figure 112022102410141-pat00005

    [화학식 2]
    Figure 112022102410141-pat00006

    상기 n 및 x는 각각 독립적으로 1 내지 20이고, 상기 R은 수소이다.
  16. 삭제
  17. 제15항에서,
    상기 제1 코팅층을 형성하는 단계 이후,
    상기 제1 코팅층의 표면에 요철이 형성되는 코팅 방법.
  18. 제15항에서,
    상기 제1 코팅층을 형성하는 단계 이후,
    상기 제1 코팅층의 표면이 점성을 갖는 코팅 방법.
  19. 제15항에서,
    상기 제1 코팅층의 높이는 5㎛ 내지 15㎛이고,
    상기 제2 코팅층의 높이는 5㎛ 내지 15㎛인 코팅 방법.
  20. 제15항에서,
    상기 제1 코팅 조성물은 제1 파장 범위에서 감광하는 제1 광개시제 및 제2 파장 범위에서 감광하는 제2 광개시제를 포함하고,
    상기 제2 코팅 조성물은 제2 파장 범위에서 감광하는 제2 광개시제를 포함하며,
    상기 제1 파장은 280 nm 내지 315 nm의 범위이고,
    상기 제2 파장은 200 nm 내지 279 nm의 범위인 코팅 방법.
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