KR102547175B1 - Aqueous anti-static high rigidity composition and its preparing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수계 대전방지용 고경도 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 플라스틱과 같이 유연성이 높은 소재에 코팅액을 적용하여 부착이 우수하고, 3H 이상의 연필 경도를 갖는 건조도막을 안정적으로 구현하여 내긁힘성(Anti-scratch)이 우수한 대전방지용 고경도 건조 도막을 형성할 수 있는 수계 대전방지용 고경도 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high-hardness composition for water-based antistatic, and more particularly, by applying a coating liquid to a material with high flexibility such as plastic, excellent adhesion, stable scratch resistance by realizing a dry coating film having a pencil hardness of 3H or more ( Anti-scratch) relates to a water-based antistatic high-hardness composition capable of forming a high-hardness antistatic dry coating film and a method for preparing the same.
전자 산업의 영역에서 흔히 “ESD Work” (Electro static discharge work)이라고 분류되는 “정전기 방지 산업”은 매우 다양한 방법으로 산업 현장에서 적용되고 있다. 그 중 도료산업의 일부로써 코팅공정을 통하여 구현되는 “대전방지용 코팅제” 시장 또한 전자 산업의 미세회로 공정이 정밀하게 진행될수록 더 많은 기술적인 진보를 요구받고 있다. In the field of the electronics industry, “ESD Work” (Electro static discharge work) is often classified as “anti-static industry” and is applied in various ways in the industrial field. Among them, the “antistatic coating agent” market, which is implemented through the coating process as part of the paint industry, is also demanding more technological progress as the microcircuit process in the electronics industry progresses precisely.
이와 관련된 새로운 연구들 중에서, 가장 주목할 만한 새로운 접근법으로는 무기계 바인더인 “실란” 혹은 “실란커플링제”를 코팅제의 바인더로 채용하고, 전도성 고분자의 대표적인 물질인 “Pedot-PSSA 수계분산물”을 혼용하여 수계 대전방지용 코팅제를 제조하는 방법이 있다.Among the new studies related to this, the most noteworthy new approach is to adopt an inorganic binder, “silane” or “silane coupling agent,” as a binder for the coating agent, and mix “Pedot-PSSA aqueous dispersion,” a representative material for conductive polymers. There is a method for preparing a water-based antistatic coating agent.
이는 현재 이론적으로 알려진 대표적인 “실란”인 “테트라에틸오소실리케이트”(Tetra-Ethyl Ortho Silicate, 이하 “TEOS”)를 물과 산촉매를 이용하여 가수분해함으로써 친유성인 TEOS에 하이드록실기(-OH)를 부여하고, 이를 통하여 TEOS에 친수성을 부여하여 물과의 상용성을 개선한 후에, 수계분산물인 “Pedot-PSSA 수분산액”을 혼합하여 대전방지용 수계 전도성 코팅액을 제조하는 방법이다. This is done by hydrolyzing "Tetra-Ethyl Ortho Silicate (hereinafter "TEOS"), a representative "silane" known theoretically, using water and an acid catalyst to form a hydroxyl group (-OH) in lipophilic TEOS. It is a method of preparing an antistatic water-based conductive coating liquid by adding a hydrophilic property to TEOS to improve compatibility with water, and then mixing the water-based dispersion, “Pedot-PSSA aqueous dispersion.”
이렇게 제조된 수계 전도성 코팅액을 소재위에 코팅하고, 이후 건조공정에서 TEOS의 가수분해물을 일정한 온도에서 가열경화를 진행하여, 가수분해된 TEOS 분자간의 탈수축합을 유도하여 가교도막을 형성함으로써 고밀도의 가교도를 구현한 고경도의 건조도막을 구현하는 방법이다. The water-based conductive coating liquid prepared in this way is coated on the material, and then, in the drying process, the hydrolyzate of TEOS is heated and cured at a constant temperature to induce dehydration and condensation between the hydrolyzed TEOS molecules to form a crosslinked coating film, realizing a high degree of crosslinking. It is a method of realizing a high-hardness dry film.
그러나 상기된 종래의 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the prior art described above has the following problems.
첫째, 상온에서도 코팅액내에 존재하는 “가수분해된 TEOS”의 탈수축합이 빠르게 진행되어 코팅액의 저장 안정성이 불량하고, 증점, 씨딩, 층분리, 표면저항 상승, 액체의 겔화 등의 문제가 발생하여 “수계 대전방지용 코팅액”의 유통기간이 매우 짧다. First, even at room temperature, the dehydration and condensation of “hydrolyzed TEOS” present in the coating liquid proceeds rapidly, resulting in poor storage stability of the coating liquid, problems such as thickening, seeding, layer separation, surface resistance increase, and gelation of the liquid. The shelf life of “aqueous antistatic coating liquid” is very short.
둘째, 120℃ x 1시간을 기준으로 건조된 도막을 장기간 상온 방치하거나, 가열하여 후경화를 진행하면, 미반응 상태의 하이드록실기(-OH)들이 추가적인 탈수축합을 진행하여 건조도막에서 크랙이 서서히 발생한다. 이것은 초기에 양호한 표면저항을 보여주던 건조도막을 장기간 방치하면 나중에 건조도막의 “표면 저항”이 상승하는 현상의 원인으로 추정할 수 있다.Second, if the dried coating film is left at room temperature for a long period of time based on 120 ° C x 1 hour, or if post-curing is performed by heating, unreacted hydroxyl groups (-OH) undergo additional dehydration condensation, resulting in cracks in the dry coating film. It happens gradually. This can be presumed to be the cause of the phenomenon that the "surface resistance" of the dry film that showed good surface resistance at the beginning is left for a long period of time later.
셋째, 무기물바인더의 경화과정에서 발생하는 강한 수축현상 때문에, 내열성이 우수하고 수축현상이 작은 강화유리에는 적용이 가능하나, 수치 안정성과 유연성이 중요한 PET 필름이나 PI 필름과 같은 광학용 소재에는 적용하는데 한계가 명확히 존재한다. Third, because of the strong shrinkage occurring during the curing process of the inorganic binder, it can be applied to tempered glass with excellent heat resistance and low shrinkage, but it is applied to optical materials such as PET film or PI film, where numerical stability and flexibility are important. There are clearly limits.
넷째, 유리 대리석등의 소재에 대하여 부착이 우수한 특성을 보이나, 플라스틱 소재에 대하여 부착력이 불량한 단점이 있다.Fourth, it exhibits excellent adhesion to materials such as glass and marble, but has poor adhesion to plastic materials.
본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명은 폴리싸이오펜계(Pedot-PSSA계) 대전방지용 “수계 전도성 고분자 분산액”과 가수분해된 알콕시 실란 화합물을 제조하여 PET 필름, PI 필름 등의 각종 유연한 플라스틱 소재에 대하여 부착력이 우수하고, 내긁힘성(Anti-Scratch) 우수하며, 액체와 건조도막의 저장안정성이 우수한 3H 이상의 연필경도를 갖는 수계 대전방지용 고경도 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention was derived to solve the above problems, and the present invention is to prepare a polythiophene-based (Pedot-PSSA-based) antistatic "water-based conductive polymer dispersion" and a hydrolyzed alkoxy silane compound to produce a PET film and a PI film. A water-based antistatic high-hardness composition having excellent adhesion to various flexible plastic materials such as anti-scratch, excellent storage stability of liquid and dry coating films, and a pencil hardness of 3H or higher and a method for producing the same It aims to provide
본 발명에 의한 수계 대전방지용 고경도 조성물은 수계 전도성 고분자 분산액, 바인더 및 용제를 포함하되, 상기 바인더는 2관능기 실란과 3관능기 실란이 혼합된 것을 특징으로 한다.The high-hardness composition for aqueous antistatic use according to the present invention includes an aqueous conductive polymer dispersion, a binder, and a solvent, wherein the binder is a mixture of difunctional silane and trifunctional silane.
본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면, 수계 전도성 고분자 분산액은 20 내지 30 중량%, 바인더 2 내지 6 중량%, 용제 65 내지 75중량%인 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the aqueous conductive polymer dispersion is characterized by containing 20 to 30% by weight, 2 to 6% by weight of a binder, and 65 to 75% by weight of a solvent.
본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면, 상기 2관능기 실란과 3관능기 실란의 혼합중량비율은 고형분 기준으로 3~5:1인 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the mixing weight ratio of the difunctional silane and the trifunctional silane is 3 to 5: 1 based on the solid content.
본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면, 상기 2관능기 실란은 디메틸에톡시실란(Di-methyl Di-Ethoxy Silane, "DMDES”)이다.According to another preferred embodiment of the present invention, the difunctional silane is dimethyl ethoxy silane (Di-methyl Di-Ethoxy Silane, “DMDES”).
본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면, 상기 3관능기 실란은 2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란 (2-3,4ECHETES)이다.According to another preferred embodiment of the present invention, the trifunctional silane is 2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (2-3,4ECHETES).
본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면, 상기 용제는 에틸알콜이고, 수계 전도성 고분자 분산액은 전도성 고분자로서 중화되지 않은 Pedot-PSSA계 산성 수분산액이다.According to another preferred embodiment of the present invention, the solvent is ethyl alcohol, and the aqueous conductive polymer dispersion is a Pedot-PSSA-based acidic aqueous dispersion that is not neutralized as a conductive polymer.
본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면, 수계 전도성 고분자 분산액이 촉매 역할을 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the aqueous conductive polymer dispersion serves as a catalyst.
본 발명에 의한 제조방법은 용제에 2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란 (2-3,4ECHETES)과 디메틸디에톡시실란(DMDES)를 혼합하여 혼합액을 제조하는 혼합단계, 및 상기 혼합액에 수계 전도성 고분자 분산액을 첨가하여 가수분해하는 가수분해단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The manufacturing method according to the present invention includes a mixing step of preparing a mixed solution by mixing 2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (2-3,4ECHETES) and dimethyldiethoxysilane (DMDES) in a solvent, and It is characterized in that it comprises a hydrolysis step of hydrolyzing by adding an aqueous conductive polymer dispersion to the mixed solution.
본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면, 상기 가수분해 단계는 24시간이상 진행한다.According to another preferred aspect of the present invention, the hydrolysis step proceeds for 24 hours or longer.
본 발명에 의한 수계 대전방지용 고경도 조성물은,The high-hardness composition for water-based antistatic use according to the present invention,
첫째, 내긁힘성 향상을 위하여 고경도의 도막을 구현하는 과정에서 발생하는 크랙을 완화하면서도 내긁힘성(Anti-scratch)이 유지 된다.First, anti-scratch is maintained while mitigating cracks generated in the process of implementing a high-hardness coating film to improve scratch resistance.
두번째, 코팅액의 저장 안정성이 확보된다.Second, the storage stability of the coating solution is secured.
세번째, 가열 경화 후 추가적인 후경화 반응에 의한 건조도막의 경시변화가 최소화된다.Third, the change with time of the dry coating film due to the additional post-curing reaction after heat curing is minimized.
네번째, 유연성을 요구하는 플라스틱 소재에 대하여 부착이 우수하다.Fourth, adhesion to plastic materials requiring flexibility is excellent.
도 1은 “조성물 1번”의 온도별 고형분(%) 감량 속도 비교 그래프.
도 2는 “조성물 1번”의 TEOS 100g투입량으로 환산한 온도별 고형분(%) 측정 값.
도 3은 “조성물 1번”의 장시간 가열 경화에 의한 고형분(%) 감량결과 그래프
도 4와 도 5는 “조성물 1번”건조도막 사진이다.1 is a graph comparing the rate of solid content (%) loss by temperature of “composition No. 1”.
2 is a solid content (%) measurement value for each temperature converted to 100 g of TEOS input of “composition No. 1”.
Figure 3 is a graph of the solid content (%) reduction result by long-term heat curing of "composition No. 1"
4 and 5 are photographs of the “composition No. 1” dry film.
본 발명에 의한 수계 대전방지용 고경도 조성물은,The high-hardness composition for water-based antistatic use according to the present invention,
① 초박막(약 100nm ± 50 nm)의 도막 두께에서 고경도(3H이상)의 건조 도막을 구현하기 위하여 무기계 바인더를 사용하고,① In order to realize a dry coating film with high hardness (3H or more) in an ultra-thin film (about 100 nm ± 50 nm), an inorganic binder is used,
② 건조도막에서 안정적인 표면저항의 구현을 위하여 금속이온이나 계면활성제가 아니라 전도성 고분자 계열의 제품을 사용하며,② In order to realize stable surface resistance in dry film, use conductive polymer-based products instead of metal ions or surfactants.
③ 무기계 바인더를 가수분해하여 분자 말단에 하이드록실기(-OH)를 부여하고, 이를 통하여 친유성의 무기계 바인더에 친수성을 부여하여 “수계 전도성 고분자”와 상용성을 개선하고,③ The inorganic binder is hydrolyzed to give a hydroxyl group (-OH) to the molecular end, and through this, hydrophilicity is imparted to the lipophilic inorganic binder to improve compatibility with "aqueous conductive polymer",
④ 별도의 경화제나 개시제 혹은 촉매를 사용하지 않으며, 가열 경화(100℃~120℃)를 이용하여 건조도막을 구현하며,④ It does not use a separate curing agent, initiator or catalyst, and uses heat curing (100 ℃ ~ 120 ℃) to realize a dry coating film.
⑤ 건조도막의 물성(경도, 표면저항)이 장기간의 시간이 경과하여도 경시변화 없이 안정적으로 유지되도록 개발되었다.⑤ It has been developed so that the physical properties (hardness, surface resistance) of the dry coating film can be stably maintained without change over time even after a long period of time.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, 'include' a component throughout the specification means that other components may be further included, rather than excluding other components unless otherwise stated.
본 발명에 의한 수계 대전방지용 고경도 조성물은 산성 수계 전도성 고분자 분산액, 바인더 및 용제를 포함한다. The high-hardness composition for aqueous antistatic use according to the present invention includes an acidic aqueous conductive polymer dispersion, a binder, and a solvent.
수계 전도성 고분자 분산액은 중화되지 않은 산성 상태의 수계 Pedot-PSSA 디스퍼전을 대전방지용 전도성물질로 사용한다. 이 물질은 이미 널리 알려져 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 수계 전도성 고분자 분산액은 20 내지 30 중량%를 포함한다. 수계 전도성 고분자 함량이 20중량 % 미만이면, 전도성에 문제가 발생할 수 있고, 수계 전도성 고분자 함량이 30 중량 % 초과하면, 경도가 하락하고 크랙이 발생할 가능성이 높아진다.The water-based conductive polymer dispersion uses unneutralized water-based Pedot-PSSA dispersion as an antistatic conductive material. Since this material is already widely known, a detailed description thereof will be omitted. The aqueous conductive polymer dispersion contains 20 to 30% by weight. If the content of the water-based conductive polymer is less than 20% by weight, problems may occur in conductivity, and if the content of the water-based conductive polymer exceeds 30% by weight, the hardness decreases and the possibility of cracking increases.
용제는 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로판올, 디메틸올프로판, 트리메틸올프로판, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 에탄올(Ethanol)일 수 있다. 용제는 전체 조성물 중에서 65 내지 75중량%를 포함한다. The solvent may be at least one selected from the group consisting of methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropanol, dimethylol propane, trimethylol propane, propylene glycol monomethyl ether, and water, and preferably ethanol. The solvent comprises 65 to 75% by weight of the total composition.
본 발명에서의 바인더는 TEOS를 사용하지 않고, 3관능기의 실란과 2관능기의 실란을 혼합 사용하는 점에 특징이 있다.The binder in the present invention is characterized in that TEOS is not used, and a mixture of trifunctional silane and bifunctional silane is used.
3관능기의 실란의 예시로서는, (트리에톡시실란, 트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, (3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, 비닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, (3-(3-머캅토프로필)트리메톡시실란, 3-(3-머캅토프로필)트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란,트리메톡시(2-페닐에틸)실란을 들 수 있다.Examples of trifunctional silanes include (triethoxysilane, trimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, (3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxy Silane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriae Toxysilane, vinyltris(2-methoxyethoxy)silane, vinyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, (3-(3-mercaptopropyl)trimethoxysilane, 3-(3-mercaptopropyl ) Triethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, and trimethoxy(2-phenylethyl)silane.
2관능기의 실란으로는, (디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디메톡시(메틸)페닐실란, 디에톡시(메틸)페닐실란, 사이클로핵실메틸-디메톡시실란, 디사이클로펜틸-디메톡시실란, 디페닐디메톡시실란을 들 수 있다.As the silane of the bifunctional group, (dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethoxy(methyl)phenylsilane, diethoxy(methyl)phenylsilane, cyclohexylmethyl-dimethoxysilane, dicyclopentyl-dimethoxysilane, Diphenyl dimethoxysilane is mentioned.
조성물내에서의 바인더의 함량은 2 내지 6 중량%이다.The content of the binder in the composition is 2 to 6% by weight.
한편, 건조도막의 물성을 우수하게 유지하기 위하여 건조도막을 구성하는 조성물 중에서 바인더의 고형분과 전도성 고분자의 고형분의 비율을 일정하게 유지하는 것이 중요한데, 바인더의 고형분 100중량부에 대하여 전도성 고분자의 고형분은 15 중량부 내지 20중량부이다.On the other hand, in order to keep the physical properties of the dry film excellent, it is important to keep the ratio of the solid content of the binder and the solid content of the conductive polymer constant in the composition constituting the dry film. 15 parts by weight to 20 parts by weight.
또한, 바인더의 고형분 함량은 전체 조성물 중에 1.5중량% 내지 2.5중량%이다.In addition, the solid content of the binder is 1.5% to 2.5% by weight of the total composition.
100g의 조성물 중에서 25g의 전도성 고분자(고형분 1.4%, 물 함량 98.6%)를 포함한다는 것은 조성물 100g 중에 약 25g의 물을 함유한다는 의미와 동일하다.Including 25 g of the conductive polymer (1.4% solid content, 98.6% water content) in 100 g of the composition is equivalent to containing about 25 g of water in 100 g of the composition.
또한, 3관능기 실란과 2관능기 실란의 혼합중량비율은 고형분 기준으로 3~5:1이고, 바람직하게는 4:1이다.In addition, the mixing weight ratio of the trifunctional silane and the bifunctional silane is 3 to 5:1, preferably 4:1, based on the solid content.
3관능기가 과다 투입되면, 건조가 빠르지만, 시간에 흐름에 따라 크랙이 발생할 수 있고, 2관능기가 과다 투입되면, 건조시간이 너무 늦어지고 경도가 저하되는 문제가 있다.If the trifunctional group is excessively added, drying is fast, but cracks may occur over time, and if the bifunctional group is excessively added, the drying time is too slow and the hardness is reduced.
본 발명은 바인더에 가장 큰 특징이 있는데, 첫번째 특징은, 액상의 저장 안정성을 향상시키기 위하여 4관능기의 TEOS를 대신하여 3관능기의 실란을 사용하는 것이다. The present invention has the greatest feature of the binder, and the first feature is that a trifunctional silane is used instead of the tetrafunctional TEOS in order to improve the storage stability of the liquid phase.
두번째 특징은 3관능기의 건조 도막에서 발생하는 경시변화를 방지하기 위하여 인위적으로 건조도막의 가교도를 낮추는 것이다. 이를 위하여 2관능기의 실란을 혼용하여 건조도막의 가교도를 조절하고 어떠한 조건에 노출되더라도 건조도막의 가교도가 3단계로 진행되는 것을 방지하고자 한다.The second characteristic is to artificially lower the degree of crosslinking of the dry coating film in order to prevent the change with time occurring in the dry coating film of trifunctional groups. To this end, the degree of crosslinking of the dry film is controlled by using a bifunctional silane, and the degree of crosslinking of the dry film is prevented from progressing to the third stage even when exposed to any conditions.
이론적인 가교도가 2단계인 “2관능기”의 실란과 3단계인 “3관능기”의 실란을 혼용하여 가교도를 조절하여 크랙이 발생하지 않는 고경도의 건조 도막을 제공하고자 한다.It is intended to provide a high-hardness dry coating film that does not generate cracks by adjusting the degree of crosslinking by mixing a theoretical crosslinking degree of 2-step "bifunctional" silane and a 3rd-step "trifunctional" silane.
참고로, 무기계 바인더를 사용하는 조성물의 건조도막 경화 방법은 가열경화에 의한 탈수축합을 유도하여 가교반응을 형성하는데, 이때 탈수축합의 과정을 세분하여 다음과 같이 정의하고자 한다.For reference, the dry film curing method of a composition using an inorganic binder induces dehydration condensation by heat curing to form a crosslinking reaction. At this time, the dehydration condensation process is subdivided and defined as follows.
“가교도 1”조성물 내에 존재하는 모든 무기물 분자들이 평균적으로 한번의 탈수축합을 진행한 경우를 탈수축합에 의한 “가교도 1”단계로 정의하고자 한다.The case where all inorganic molecules present in the “degree of crosslinking 1” composition undergoes dehydration condensation once on average is defined as the “degree of crosslinking 1” step by dehydration condensation.
“가교도 2”조성물 내에 존재하는 모든 무기물 분자들이 평균적으로 두번의 탈수축합을 진행한 경우를 탈수축합에 의한 “가교도 2”단계로 정의하고자 한다.The case where all inorganic molecules present in the “degree of crosslinking 2” composition undergo dehydration condensation twice on average is defined as the “degree of crosslinking 2” step by dehydration condensation.
“가교도 3”조성물 내에 존재하는 모든 무기물 분자들이 평균적으로 세번의 탈수축합을 진행한 경우를 탈수축합에 의한 “가교도 3”단계로 정의하고자 한다.The case where all inorganic molecules present in the “degree of crosslinking 3” composition undergo dehydration condensation three times on average is defined as the “degree of crosslinking 3” step by dehydration condensation.
“가교도 4”조성물 내에 존재하는 모든 무기물 분자들이 평균적으로 네번의 탈수축합을 진행한 경우를 탈수축합에 의한 “가교도 4”단계로 정의하고자 한다.The case where all inorganic molecules present in the “degree of
한편, 본 발명의 가장 바람직한 형태로서는, 3관능기 실란은 2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란 (2-3,4ECHETES)을 선정하였다.On the other hand, as the most preferred mode of the present invention, 2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (2-3,4ECHETES) was selected as the trifunctional silane.
이 실란의 가수분해물은 100℃에서 120℃ 범위에서도 가열 경화가 원활히 진행되었고, 에폭시계 실란 커플링제로 플라스틱 소재에 대한 부착력이 우수하며, 상온에서 저장 안정성이 우수하였다.This hydrolyzate of silane was heat-cured smoothly even in the range of 100°C to 120°C, had excellent adhesion to plastic materials as an epoxy-based silane coupling agent, and had excellent storage stability at room temperature.
또한, 2관능기 실란은 디메틸디에톡시실란(Di-methyl Di-Ethoxy Silane, "DMDES”)을 선정하였다. In addition, as the bifunctional silane, Di-methyl Di-Ethoxy Silane (“DMDES”) was selected.
알킬기가 1개인 3관능기 실란과 비교하여 2관능기 실란은 알킬기의 개수가 2개이다. 이것은 3관능기 실란과 비교하여 2관능기 실란의 탈수축합이 지나치게 느려지는 이유이다. 2관능기 실란중에서 디메틸디에톡시실란(DMDES)은 알킬기의 크기가 가장 작은 메틸기(-CH3)가 2개 치환되어 있는 구조로 다른 2관능기 알킬기와 비교하여 탈수축합이 빠르다고 할 수 있다. 그리고 분자내에 메틸기의 개수가 풍부할수록 슬립성과 내긁힘성이 향상되는 폴리디메틸실록산(PDMS)의 특성과 비교하여 볼 때, 탈수축합에 의한 고분자가 생성될 때 고분자내에 메틸기를 가장 많은 함유하게 되는 디메틸디에톡시실란(DMDES)은 “반응성 실리콘”으로써 내긁힘성(Anti-Scratch) 향상에 가장 큰 효과를 나타낼 것으로 예상된다.Compared to trifunctional silane having one alkyl group, bifunctional silane has two alkyl groups. This is the reason why the dehydration condensation of difunctional silane is too slow compared to trifunctional silane. Among bifunctional silanes, dimethyldiethoxysilane (DMDES) has a structure in which two methyl groups (-CH3) having the smallest size of an alkyl group are substituted, and can be said to have faster dehydration condensation compared to other bifunctional alkyl groups. And compared to the characteristics of polydimethylsiloxane (PDMS), which improves slip resistance and scratch resistance as the number of methyl groups in the molecule increases, dimethyl containing the most methyl groups in the polymer when the polymer is produced by dehydration condensation Diethoxysilane (DMDES) is expected to show the greatest effect in improving anti-scratch as a “reactive silicone”.
[ 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)
ethyltrimethoxy silane ]2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxy silane
[2-(3,4-Epoxycyclohexyl)
ethyltrimethoxy silane ]
(Dimethyldiethoxysilane)
디에톡시디메틸실란
(Diethoxydimethylsilane)Dimethyldiethoxysilane
(Dimethyldiethoxysilane)
Diethoxydimethylsilane
(Diethoxydimethylsilane)
본 발명에서는 코팅액 조성물 내에서 진행되는 탈수축합 반응속도를 늦추기 위한 방법으로, 4관능기 실란인 TEOS를 사용하여 제조된 코팅액 조성물과 달리 3관능기의 실란과 2 관능기의 실란을 사용하여 조성물을 제조하여 저장안정성을 개선하고자 하며, 이에 대하여 자세히 설명한다.In the present invention, as a method for slowing down the dehydration condensation reaction rate in the coating liquid composition, unlike the coating liquid composition prepared using TEOS, which is a tetrafunctional group silane, a composition using trifunctional silane and bifunctional silane is used to prepare and store We want to improve stability, and we will explain this in detail.
TEOS를 포함하여 하기된 5종의 화학식과 분자량, 그리고 가교도 3단계를 가정하여 가수분해 된 후의 구조식, 건조도막에서 고형분 전환율은 다음과 같이 정의할 수 있다.Assuming the following five chemical formulas, molecular weights, and crosslinking levels including TEOS, the structural formula after hydrolysis and the solid content conversion rate in the dry film can be defined as follows.
분자량 (M.W)Formula:
Molecular Weight (MW)
구조도after hydrolysis
structural diagram
탈수축합후
분자량Step 3
After dehydration condensation
Molecular Weight
기준
예상고형분(%)bridging step 3
standard
Expected solid content (%)
164.28 g/molH-Si-(OC 2 H 5 ) 3
164.28 g/mol
53.09 g/molH-Si-O 3x(1/2)
53.09 g/mol
208.44 g/molSi-(OC 2 H 5 ) 4
208.44 g/mol
69.09 g/molHO-Si-O 3x(1/2)
69.09 g/mol
(가교도4단계:
28.84%)33.16%
(
28.84%)
SilaneMTES: Methyl Tri Ethoxy
Silane
178.30 g/molH 3 C-Si-(OC 2 H 5 ) 3
178.30 g/mol
67.12 g/molH3C-Si-O 3x(1/2)
67.12 g/mol
288.46 g/molOH 13 C 8 -Si-(OC 2 H 5 ) 3
288.46 g/mol
177.27 g/molOH 13 C 8 -Si-O 3x(1/2)
177.27 g/mol
278.42 g/molO 2 H 11 C 6 -Si-(OC 2 H 5 ) 3
278.42 g/mol
167.24 g/molO 2 H 11 C 6 -Si-O 3x(1/2)
167.24 g/mol
여기서 “예상 고형분(%)”이라 함은 각각의 실란을 가수분해전의 무게로 100g을 투입하였을 때, 가수분해 후 탈수축합을 통하여 얻을 수 있는 이론적인 고형분(%) 값이다. 이를 본 연구에서는 “고형분 전환율(%)” 혹은 “예상고형분(%)”이라는 용어로 명명하였다.Here, “expected solid content (%)” is a theoretical solid content (%) value that can be obtained through dehydration condensation after hydrolysis when 100 g of each silane is added by weight before hydrolysis. In this study, it was named as “solid content conversion rate (%)” or “expected solid content (%)”.
가수분해가 완료된 상기된 실란들은 유사한 형태의 구조를 가지고 있다. 이를 단순하게 도식하여 보면 다음의 구조를 가지게 된다.The above-described silanes upon completion of hydrolysis have structures of a similar type. If you look at it in a simple diagram, it has the following structure.
[그림 1] 가수분해된 실란들의 구조 단순화 모식도[Figure 1] Simplified structural diagram of hydrolyzed silanes
여기서 R-의 위치에 해당하는 작용기을 비교하여 보면 가수분해된 실란의 반응성에 영향을 주는 두가지 특성을 예상할 수 있다. 첫째는 TEOS는 R-의 위치에 해당하는 물질이 탈수축합이 가능한 하이드록시기(-OH)이고, 나머지 4종은 탈수축합이 불가능한 -H, -CH3, -C6H11O2, -C8H13O의 알킬기이다. 따라서 액체속에 존재하는 3차원의 공간에서 가수분해된 무기물 분자간의 탈수축합이 진행될 때, 가수분해된 TEOS는 다른 실란들과 비교하여 반응 확률이 매우 높고 빠르며, 공간적인 제약이 없이 자유롭다고 할 수 있다. 이것은 4관능기의 가수분해된 TEOS가 알킬기로 치환된 다른 실란류에 비하여 상온에서도 탈수축합이 빠르게 진행될 수 있고, 그 결과 액체의 저장 안성성이 급격히 나빠지는 원인으로 작용할 수 있다.Here, comparing the functional group corresponding to the position of R-, two characteristics that affect the reactivity of hydrolyzed silane can be expected. First, in TEOS, the substance corresponding to the position of R- is a hydroxyl group (-OH) capable of dehydration condensation, and the remaining four species are -H, -CH 3 , -C 6 H 11 O 2, - It is an alkyl group of C 8 H 13 O. Therefore, when dehydration condensation between hydrolyzed inorganic molecules proceeds in a three-dimensional space existing in a liquid, hydrolyzed TEOS has a very high reaction probability and is fast compared to other silanes, and can be said to be free without spatial restrictions. . This can cause dehydration and condensation of tetrafunctional group hydrolyzed TEOS to proceed rapidly even at room temperature compared to other silanes substituted with an alkyl group, and as a result, storage stability of the liquid may deteriorate rapidly.
[그림 2] 탈수축합의 가능성에 대한 입체장애 효과 비교 모식도.[Figure 2] A schematic diagram of comparison of steric hindrance effects on the possibility of dehydration condensation.
둘째, 가수분해된 분자의 구조내에서 알킬기의 크기가 커질수록, 3차원 공간에서 차지하는 알킬기의 점유 면적이 넓어진다. 이때 다른 3축에 위치한 하이드록시기(-OH)들 간의 거리는 좁혀지게 된다. 반대로 알킬기의 크기가 작아질수록 3개의 하이드록시기(-OH)의 거리가 멀어지며 여유로운 공간을 점유할 것이다, 알킬기가 존재하지 않는 경우에는 3개의 하이드록시기(-OH)가 평면의 공간에 위치하여 하이드록시기(-OH) 사이의 거리를 최대한 크게 확보하려고 할 것이다.Second, as the size of the alkyl group in the structure of the hydrolyzed molecule increases, the area occupied by the alkyl group in the three-dimensional space increases. At this time, the distance between the hydroxy groups (-OH) located on the other three axes is narrowed. Conversely, as the size of the alkyl group decreases, the distance of the three hydroxyl groups (-OH) will increase and occupy a free space. If the alkyl group does not exist, the three hydroxyl groups (-OH) position to secure the largest possible distance between the hydroxyl groups (-OH).
[그림 3] R기의 크기에 따른 하이드록실기(-OH)의 구조변화 예상(개념도)[Figure 3] Prediction of structural change of hydroxyl group (-OH) according to the size of R group (conceptual diagram)
즉 알킬기의 크기에 따라서 하이드록시(-OH)의 공간 점유 형태가 변할 수 있으며, 이는 탈수 축합 반응을 진행함에 있어서 분자간의 물리적인 접근을 방해하고, 입체장애 효과(Steric hindrance)를 유발하여 탈수축합의 “반응속도”에 영향을 미칠 것이다. That is, depending on the size of the alkyl group, the space occupied form of hydroxy (-OH) may change, which hinders physical access between molecules during the dehydration condensation reaction and induces steric hindrance, resulting in dehydration condensation will affect the "reaction rate" of
4관능기인 TEOS의 가수분해물은 탈수축합 반응에 있어서 입체장애 효과에 의한 반응속도의 저하가 거의 없을 것으로 예상할 수 있다. It can be expected that the hydrolyzate of the tetrafunctional group TEOS will hardly decrease the reaction rate due to the steric hindrance effect in the dehydration condensation reaction.
R기의 위치에 크기가 매우 작은 경우인, R기의 위치에 수소원자(H)가 자리잡은 트리에톡시실란(TES)의 가수분해물은 분자구조에서 3개의 하이드록시기(-OH)가 거의 평면의 위치에서 넓게 분포할 것이다. ([그림3] 참고) 그리고 이 경우 다른 분자간의 탈수축합 반응은 본 연구에서 비교하는 다른 3관능기 실란류들와 비교하여 매우 빠르게 진행될 것으로 예측할 수 있다.The hydrolyzate of triethoxysilane (TES) in which a hydrogen atom (H) is located at the position of the R group, which is a case where the size is very small at the position of the R group, has almost three hydroxyl groups (-OH) in the molecular structure. It will be widely distributed in the location of the plane. (See [Figure 3]) And in this case, the dehydration condensation reaction between different molecules can be expected to proceed very quickly compared to other trifunctional silanes compared in this study.
반대로 R의 크기가 매우 큰 경우인, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란(3-GPTES)이나, 2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란 (2-3,4ECHETES)의 가수분해물은 분자구조에서 3개의 하이드록시기(-OH)가 매우 좁은 공간으로 좁혀져서 분포할 것이다. 상대적으로 입체 장애 효과(Steric hindrance)가 커서 분자들간의 탈수축합 반응이 매우 느릴 것으로 예측하여 볼수 있다. Conversely, when the size of R is very large, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane (3-GPTES) or 2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (2-3,4ECHETES) The hydrolyzate will be distributed with the three hydroxyl groups (-OH) confined to a very narrow space in the molecular structure. Since the steric hindrance is relatively large, it can be predicted that the dehydration condensation reaction between molecules will be very slow.
마지막으로 R기의 크기가 클수록 탈수축합 반응의 속도저하현상은 1단계 탈수 축합보다 2단계 탈수 축합 반응에 더 큰 영향을 받아 느려질 것이고, 3단계 탈수 축합 반응에는 더욱 큰 영향을 주게 될 것이다. Finally, as the size of the R group increases, the slowdown in the dehydration condensation reaction will be more affected by the second step dehydration condensation reaction than the first step dehydration condensation reaction, and will have a greater effect on the third step dehydration condensation reaction.
이것은 R기의 크기가 큰 가수분해물의 가열 경화시, 도막의 건조가 매우 느려지거나, 평균 보다 더 높은 가열 온도가 요구될 수 있다는 뜻이지만, 반대로 상온에서 액체 내에서 발생하는 탈수축합반응이 매우 느리게 나타날 것이므로 액체의 상온저장 안정성을 개선할 수 있는 보다 효과적인 방법이 될 수 있을 것이다.This means that when heating hardening a hydrolyzate having a large R group, the drying of the coating film becomes very slow or a higher heating temperature than average may be required. As it will appear, it will be a more effective way to improve the room temperature stability of liquids.
또한 이것은 4관능기인 TEOS의 가수분해물보다 3관능기 혹은 2관능기를 가진 실란류들의 가수분해 조성물이 상온에서 저장 안정성이 우수한 현상에 대한 충분한 이유가 될 것이다.In addition, this will be a sufficient reason for the fact that the hydrolyzed composition of trifunctional or bifunctional silanes has better storage stability at room temperature than the hydrolyzate of tetrafunctional TEOS.
한편, 본 발명은 유리가 아닌 플라스틱과 같은 재질에 사용하기 위해서는 건조도막의 크랙을 방지할 필요가 있는데, 이를 위해서 본 발명의 바인더는 2 관능기의 실란을 사용하였다.On the other hand, in the present invention, it is necessary to prevent cracks in the dry coating film in order to use it for materials such as plastic rather than glass. For this purpose, a bifunctional silane was used as the binder of the present invention.
본 발명은 건조도막의 가교도가 3단계로 진행하는 것을 방지하기 위하여 2관능기의 실란을 채용하였다. 이 경우 적절한 가교도 조절을 통하여 건조도막의 경도는 하락할 수 있으나, 건조도막의 크랙 방지효과는 구현할 수 있다. In the present invention, a bifunctional silane is used to prevent the degree of crosslinking of the dry film from progressing to the third step. In this case, the hardness of the dry film may decrease through proper crosslinking, but the anti-crack effect of the dry film may be realized.
본 발명에서의 2관능기 실란은 다양하게 채택될 수 있으나, 바람직하게는 디메틸디에톡시실란(DMDES)을 사용한다.The difunctional silane in the present invention may be variously adopted, but dimethyldiethoxysilane (DMDES) is preferably used.
디메틸디에톡시 실란(DMDES)의 가수분해반응과 탈수축합 반응은 다음과 같이 설명될 수 있다.The hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction of dimethyldiethoxy silane (DMDES) can be explained as follows.
[그림 4] 디메틸디에톡시 실란(DMDES)의 가수분해반응[Figure 4] Hydrolysis reaction of dimethyldiethoxy silane (DMDES)
[그림 5] 가수분해된 디메틸디에톡시 실란(DMDES)의 탈수축합 반응 및 고분자화 모식도.[Figure 5] A schematic diagram of the dehydration condensation reaction and polymerization of hydrolyzed dimethyldiethoxy silane (DMDES).
가수분해된 디메틸디에톡시 실란(DMDES)이 탈수축합 반응을 진행하면 선형 고분자 폴리머의 형태로 분자량이 증가할 것이다. 이것은 “용제계 코팅제”에서 슬립성(Slip)을 부여하고 내긁힘성(Scratch resistance)를 부여하기 위하여 사용되는 실리콘 첨가제와 거의 유사한 구조로 전환된다.When the hydrolyzed dimethyldiethoxy silane (DMDES) undergoes a dehydration condensation reaction, the molecular weight will increase in the form of a linear polymer. This is converted into a structure almost similar to the silicone additive used to impart slip and scratch resistance in the “solvent-based coating agent”.
디메틸디에톡시실란(DMDES)의 가수분해물은 탈수축합을 진행하여도, 3차원 망상구조를 형성할 수 없기 때문에 경도가 낮고, 아주 유연한 도막을 형성할 것이다. Even if the hydrolyzate of dimethyldiethoxysilane (DMDES) proceeds with dehydration condensation, since it cannot form a three-dimensional network structure, it will form a very flexible coating film with low hardness.
디메틸디에톡시실란(DMDES)의 가수분해물은 탈수축합에 참여하는 물질이므로 가수분해된 4관능기 혹은 3관능기 실란과 혼합하여 건조도막을 형성하면 건조도막의 경도를 낮추고, 건조도막 가교도의 한계점을 낮추어 극단적인 상황에서 발생할 수 있는 건조도막의 크랙을 방지할 수 있으며, 이로 인하여 크랙현상이 발생하지 않는 건조도막을 일정하게 구현할 수 있을 것이다. Since the hydrolyzate of dimethyldiethoxysilane (DMDES) is a substance that participates in dehydration condensation, mixing it with the hydrolyzed tetrafunctional or trifunctional silane to form a dry coating film lowers the hardness of the dry coating film and lowers the threshold of crosslinking of the dry coating film. It is possible to prevent cracks in the dry coating film that may occur in the phosphorus situation, and as a result, it will be possible to consistently implement a dry coating film in which no cracks occur.
반면에 폴리디메틸실록산(PDMS: Poly Di-Methyl Siloxane)을 가수분해된 4관능기 혹은 3관능기 실란과 혼합하여 건조도막을 형성하면, 폴리디메틸실록산(PDMS: Poly Di-Methyl Siloxane)은 건조도막에 참여하지 않고 건조도막의 표면으로 부상하여 상기에서 기술한 오염에 관한 문제를 유발할 것이다. On the other hand, when polydimethylsiloxane (PDMS: Poly Di-Methyl Siloxane) is mixed with hydrolyzed tetrafunctional or trifunctional silane to form a dry film, polydimethylsiloxane (PDMS: Poly Di-Methyl Siloxane) participates in the dry film. Without doing so, it will float to the surface of the dry film, causing the above-described contamination-related problems.
그러나 가수분해된 4관능기 혹은 3관능기 실란과 동일한 탈수축합 반응을 진행하는 디메틸디에톡시실란(DMDES)의 가수분해물은 건조도막의 구성성분으로 참여하여 건조도막에 영구히 고착 될 것이다. 이것은 가수분해된 DMDES가 가수분해된 무기계 실란류의 건조도막에서 내긁힘성 향상을 위한 “반응성 실리콘” 첨가제로 작용할 수 있는 이론적인 배경을 제공한다.However, the hydrolyzate of dimethyldiethoxysilane (DMDES), which undergoes the same dehydration condensation reaction as the hydrolyzed tetrafunctional or trifunctional silane, will participate as a component of the dry film and be permanently adhered to the dry film. This provides a theoretical background for hydrolyzed DMDES to act as a “reactive silicone” additive for improving scratch resistance in dry coating films of hydrolyzed inorganic silanes.
한편, 종래에 바인더로서 TEOS를 사용하는 경우에 촉매는 가수분해전의 TEOS(Si-(OCH2CH3)4에 물을 첨가하여 알콕시기를 분리하고, TEOS의 말단에 친수성 작용기인 하이드록시기를 치환하기 위한 가수분해 반응을 촉진하는 중요한 요소였다.On the other hand, in the case of conventionally using TEOS as a binder, the catalyst is to add water to TEOS (Si-(OCH 2 CH 3 ) 4 before hydrolysis to separate the alkoxy group and replace the hydroxyl group, which is a hydrophilic functional group, at the terminal of TEOS. It was an important factor in accelerating the hydrolysis reaction for
그러나 본 발명에서 산성물질인 Pedot-PSSA 수분산액 자체가 촉매로써 역할을 하게 되고, 별도의 촉매를 사용하지 않는다.However, in the present invention, the Pedot-PSSA aqueous dispersion itself, which is an acidic material, serves as a catalyst, and a separate catalyst is not used.
산성물질인 Pedot-PSSA 수분산액을 촉매로써 사용하여 조성물을 제조하는 경우, 조성물의 가수분해 반응 과정에서 발열이 낮으며, 반응성 낮아서 제조 공정이 길어지는 문제가 있으나, 조성물의 안정적인 저장성을 구현하기 위하여 촉매를 사용하지 않는 것이 가장 바람직하다.In the case of preparing a composition using an acidic Pedot-PSSA aqueous dispersion as a catalyst, there is a problem in that the production process is prolonged due to low heat generation and low reactivity during the hydrolysis reaction of the composition, but in order to realize stable storage stability of the composition Most preferably, no catalyst is used.
수계 Pedot-PSSA 분산물 또한 훌륭한 촉매로써 작동할 수 있고, 수계 Pedot-PSSA 분산물과 촉매를 혼용하는 것은 촉매의 함량을 증가 (촉매+촉매) 시키는 효과를 유발하여 조성물의 저장 안정성을 악화시키는 요인으로 작동한다.Aqueous Pdot-PSSA dispersion can also work as an excellent catalyst, and mixing the aqueous Pdot-PSSA dispersion and catalyst causes the effect of increasing the catalyst content (catalyst + catalyst), which deteriorates the storage stability of the composition. works as
따라서 본연구는 별도의 촉매 없이 수계 Pedot-PSSA 분산물을 이용하여 무기물을 직접 가수분해하고자 한다.Therefore, this study intends to directly hydrolyze inorganic materials using an aqueous Pedot-PSSA dispersion without a separate catalyst.
한편, 온도가 높아지면 조성물 액체내에서 탈수 축합 속도가 빨라지고, 온도가 낮아지면 반응성이 낮아져서 탈수축합 반응속도가 느려지는 현상이 발생하므로, 본 발명에서는 저장안정성을 구현하기 위하여 냉장보관의 방법을 이용하여 조성물의 온도를 낮추면 그 저장기간을 연장할 수 있다.On the other hand, when the temperature increases, the dehydration condensation rate in the composition liquid increases, and when the temperature decreases, the reactivity decreases, resulting in a slow dehydration condensation reaction rate. By lowering the temperature of the composition, the storage period can be extended.
다음으로 본 발명에 의한 수계 대전방지용 고경도 조성물의 제조방법은, Next, the method for producing a high-hardness composition for water-based antistatic use according to the present invention,
용제에 2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란 (2-3,4ECHETES)과 디메틸디에톡시실란(DMDES)를 혼합하여 혼합액을 제조하는 혼합단계, 및 상기 혼합액에 수계 전도성 고분자 분산액을 첨가하여 가수분해하는 가수분해단계를 포함한다.A mixing step of preparing a mixed solution by mixing 2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (2-3,4ECHETES) and dimethyldiethoxysilane (DMDES) in a solvent, and an aqueous conductive polymer dispersion in the mixed solution It includes a hydrolysis step of hydrolyzing by adding.
다만, 본 발명은 2관능기와 3관능기를 혼합하여 사용함으로 인하여 반응속도가 늦어지므로, 상기 가수분해 단계는 24시간이상 진행하는 것이 바람직하다.However, since the present invention uses a mixture of a bifunctional group and a trifunctional group, the reaction rate is slowed, so the hydrolysis step is preferably performed for 24 hours or more.
또한, 수계 대전방지용 고경도 조성물을 기판에 코팅하는 경우에 코팅된 기판은 100 내지 120℃에서 가열경화시키는 것이 바람직하다. 여기서 경화온도가 너무 낮으면 반응이 너무 늦게 진행되며, 경화온도가 높으면 경제성이 떨어지는 문제가 있다.In addition, when the water-based antistatic high-hardness composition is coated on a substrate, the coated substrate is preferably heat-cured at 100 to 120 ° C. Here, if the curing temperature is too low, the reaction proceeds too slowly, and if the curing temperature is high, there is a problem of poor economic efficiency.
이하에서 구체적인 실험자료를 근거해서 자세히 설명하되, 먼저 본 발명과 직접 관련된 실험은 아니지만 본 발명의 핵심내용을 도출하기 위한 기초실험에 대해 설명하고, 다음으로 본 발명과 직접 관련된 실험에 대하여 설명한다. Hereinafter, a detailed description will be made based on specific experimental data, but first, basic experiments to derive the core content of the present invention, although not directly related to the present invention, will be described, and then experiments directly related to the present invention will be described.
[기초실험][Basic experiment]
1. 바인더의 경화 조건을 파악하기 위한 기초 실험.1. Basic experiment to understand the curing conditions of the binder.
바인더의 경화속도를 파악하기 위해서 TESO를 기준으로 실험하였다.In order to understand the curing speed of the binder, an experiment was conducted based on TESO.
바인더로써 순도 99% 이상의 TEOS(ALDRICH社,Tetraethyl orthosilicate, 이명: Orthosilicic acid tetraethyl ester, Silicon tetraethoxide, Tetraethoxysilane, Tetraethoxysilicon(IV), Tetraethyl silicate,)(굴절율: 1.382 - 1.384)를 선정하였다.As a binder, 99% or higher purity TEOS (ALDRICH, Tetraethyl orthosilicate, alias: Orthosilicic acid tetraethyl ester, Silicon tetraethoxide, Tetraethoxysilane, Tetraethoxysilicon (IV), Tetraethyl silicate,) (refractive index: 1.382 - 1.384) was selected.
촉매로써 35% 염산(35% HCl) 수용액(끓는점:108.584℃)을 선정하였다.A 35% hydrochloric acid (35% HCl) aqueous solution (boiling point: 108.584° C.) was selected as a catalyst.
혼합용제로써 순도 99.5% 이상의 에탄올(ALDRICH 社, ethyl alcohol, Pure. 이명: Ethanol, absolute alcohol, non-denatured ethanol)을 선정하였다.As a mixed solvent, ethanol with a purity of 99.5% or higher (ALDRICH, ethyl alcohol, Pure. Alias: Ethanol, absolute alcohol, non-denatured ethanol) was selected.
가수분해를 위하여 사용되는 물은 탈이온수(De-ionized water, M.W: 18.015g/mol)를 사용하였다.De-ionized water (M.W: 18.015 g/mol) was used as the water used for hydrolysis.
- 조성물의 최종 고형분(NV)을 4%로 조정하기 위하여, 조성물 전체 배합량(%) 중에서 가수분해전의 TEOS(Si-(OCH2CH3)4를 13.870%로 고정하여 투입하였다. (4%/0.2884 =13.870%)- In order to adjust the final solid content (NV) of the composition to 4%, TEOS (Si-(OCH 2 CH 3 ) 4 before hydrolysis was fixed at 13.870% among the total mixing amount (%) of the composition and added. (4% / 0.2884 =13.870%)
- 중량부로 환산하면 전체 조성물 100g중에서 가수분해전 TEOS의 투입량은 13.870g이다.- In terms of parts by weight, the amount of TEOS added before hydrolysis is 13.870 g in 100 g of the total composition.
- 이를 가수분해하기 위해서 필요한 물의 함량은 4.797g (TEOS의 몰질량 x 물 4분자량 =(13.870/208.33)x18.015x4 =0.066577x18.015x4=4.797g)이 된다.- The amount of water needed to hydrolyze it is 4.797g (molar mass of TEOS x 4 molecular weight of water = (13.870/208.33)x18.015x4 = 0.066577x18.015x4 = 4.797g).
- 35% 염산 수용액은 임의의 함량을 투입하였으며, 본 실험에서는 전체 조성물 100g에 대하여 35% 염산 수용액 0.02g을 투입하였다.- 35% aqueous hydrochloric acid solution was added in an arbitrary amount, and in this experiment, 0.02 g of 35% aqueous hydrochloric acid solution was added to 100 g of the entire composition.
- 전체 조성물 100g중 부족한 중량은 에탄올을 81.313g을 사용하여 보충함으로써 조성물 중량부를 100g으로 조정하였다.- The insufficient weight in 100 g of the total composition was adjusted to 100 g by making up for the weight of the composition by using 81.313 g of ethanol.
- 아래의 배합표로 가수분해 조성물 1000g을 제조하였다.- 1000 g of the hydrolysis composition was prepared according to the following formula.
[조성물 1번의 제조 공정] TEOS의 가수분해공정.[Production process of composition No. 1] Hydrolysis process of TEOS.
① 무게를 측정한 2리터 반응 용기에 에탄올 813.13g과 가수분해전의 TEOS 138.7g을 투입하고 선속도 0.4 m/s의 속도로 교반을 한다.① 813.13 g of ethanol and 138.7 g of TEOS before hydrolysis were added to a weighed 2-liter reaction vessel, and stirring was performed at a linear speed of 0.4 m/s.
② 다른 용기에 탈이온수 47.97g과 35% 염산수용액 0.2g을 투입하여 잘 혼합한다.② Put 47.97g of deionized water and 0.2g of 35% aqueous hydrochloric acid solution in another container and mix well.
③ 탈이온수와 염산수용액의 혼합액을 교반이 진행중인 에탄올과 가수분해전 TEOS 혼합액에 천천히 투입한다.③ Slowly add the mixture of deionized water and hydrochloric acid solution to the mixture of ethanol under stirring and TEOS before hydrolysis.
④ 반응 용기를 잘 밀봉하고 선속도 0.8m/s의 속도로 조정한후에 상온에서 24시간 교반하여 가수분해를 진행한다.④ After sealing the reaction container well and adjusting the linear speed to 0.8 m/s, hydrolysis is performed by stirring at room temperature for 24 hours.
⑤ 25시간 경과 후 조성물이 담겨있는 반응용기의 총 무게를 측정하고 손실된 중량만큼 에탄올을 이용하여 보충한다.⑤ After 25 hours, measure the total weight of the reaction vessel containing the composition and supplement it with ethanol as much as the lost weight.
⑥ #300의 고운망으로 필터하여 플라스틱 용기에 포장한다.⑥ Filter with #300 fine mesh and pack in a plastic container.
[“조성물 1번”의 고형분 측정 실험 방법].[Test method for measuring solid content of “Composition No. 1”].
① 위에서 제조한 TEOS 가수분해물10g을 기준으로 고형분을 측정한다.① Measure the solid content based on 10 g of the TEOS hydrolyzate prepared above.
② 완전경화를 위하여 온도 200℃의 오븐에서 가열하여 30분 간격으로 고형분을 측정한다.② For complete curing, heat in an oven at 200℃ and measure the solid content every 30 minutes.
③ 더 이상의 고형분 변화가 없을 때까지 측정한다.③ Measure until there is no further change in solid content.
④ 동일한 실험을 오븐 온도 150℃, 120℃, 100℃, 80℃를 기준으로 반복하여 실험한다.④ Repeat the same experiment based on the oven temperatures of 150℃, 120℃, 100℃, and 80℃.
[특이사항 및 결과 분석][Analysis of peculiarities and results]
-200℃, 150℃, 120℃의 온도에서 60분(1시간) 가열 혹은 120분(2시간) 가열을 진행하여도 이론적인 계산 값인 예상 고형분 4%에는 도달하지 못했다.Even after heating for 60 minutes (1 hour) or 120 minutes (2 hours) at temperatures of -200 ° C, 150 ° C, and 120 ° C, the theoretical calculated value of expected solid content of 4% was not reached.
-가열 온도가 낮을수록 고형분(미증발함량)이 증가하였다.- The lower the heating temperature, the higher the solid content (unevaporated content).
- 도 1에서 보는 바와 같이, 조성물의 이론적인 NV는 4%인데 실 측정 고형분 값(NV(%))이 너무 높게 측정되었다.- As shown in Figure 1, the theoretical NV of the composition is 4%, but the actual measured solids value (NV (%)) was measured too high.
- 이것은 시약의 순도 문제에서 기인한 것으로 판단할 수도 있으나, 이론적으로 계산한 고형분 값은 가수분해된 TEOS가 100% 완전 탈수축합이 진행되어야 얻을 수 있는 결과임을 생각할 때, 상기에서 실험한 온도와 가열시간으로는 TEOS의 100% 탈수축합이 진행되지 않았고, 그 결과 고형분 측정 값이 상승하였다고 보는 것이 타당하다.- This can be judged to be due to the purity of the reagent, but considering that the theoretically calculated solids value is a result that can be obtained only when the hydrolyzed TEOS undergoes 100% complete dehydration condensation, the temperature and heating In terms of time, it is reasonable to assume that 100% dehydration condensation of TEOS did not proceed, and as a result, the solid content measurement value increased.
- 본 실험에서는 전체 조성물 100g을 기준으로 13.870g의 가수분해전 TEOS를 투입하였고, 이때 TEOS의 고형분 전환율을 28.84% 라고 계산하여 조성물 100g의 이론적인 고형분 값을 약 4g(4%)로 정의하였다. 실측정된 고형분 값은 가수분해전의 TEOS를 13.870g을 투입하여 얻어진 측정 값이므로, 이 고형분 측정값들을 가수분해전의 TEOS 함량이 100g인 경우로 환산하여 계산함으로써 이론적인 추정 값에 따른 탈수 축합의 진행도와 직접 비교가 가능한 실 고형분 값을 계산할 수 있다.- In this experiment, 13.870 g of TEOS before hydrolysis was added based on 100 g of the total composition, and at this time, the solid content conversion rate of TEOS was calculated as 28.84%, and the theoretical solid content value of 100 g of the composition was defined as about 4 g (4%). Since the actual measured solids value is a measured value obtained by adding 13.870g of TEOS before hydrolysis, the measured solids are converted into a case where the TEOS content before hydrolysis is 100g. It is possible to calculate the actual solids value, which can be directly compared with the water.
[수식 1] 고형분(%) 환산 계산방법은 다음과 같다.[Formula 1] The solid content (%) conversion calculation method is as follows.
TEOS 투입량: 측정된 고형분 함량(%) = TEOS 100g : 환산된 고형분 함량(%)TEOS input: measured solids content (%) = 100 g of TEOS: converted solids content (%)
⇒13.870g: 온도별 고형분 측정 값(%) = 100g : X(%).⇒13.870g: Solid content measured value by temperature (%) = 100g : X (%).
⇒X(%) = (100g x 온도별 고형분 측정 값(%)) / 13.870g⇒X(%) = (100g x measured solid content at each temperature (%)) / 13.870g
시간lapse
hour
도 2는 동일한 조성물1종을 각각의 다른 온도로 가열하여 증발에 의한 고형분의 감량을 측정한 실험 결과이다.Figure 2 is an experimental result of measuring the loss of solids by evaporation by heating the same composition at different temperatures.
① 어느 경우도 이론적인 고형분 값에 도달하지 못하였다. 그리고 같은 조성물 임에도 온도에 따라서 고형분이 다르게 측정되었다. 심지어 200℃의 가열 조건에서 2시간 경화 한 경우에도 이론 값의 고형분에 도달하지 못하였다.① In neither case, the theoretical solid content value was reached. In addition, the solid content was measured differently depending on the temperature even though the composition was the same. Even when cured for 2 hours under a heating condition of 200 ° C., the solid content of the theoretical value was not reached.
② 일반적인 경화 조건인 120℃ x 1hr의 경화 조건에서 300nm의 건조도막은 외관이 양호한 상태를 나타내고, 표면저항이 우수하고, 경도가 9H의 조건을 만족할 수 있다. 그러나 이러한 건조 환경에서는 형성된 건조도막 내에는 탈수축합이 진행되지 않은 (미경화된) 많은 양의 TEOS가 잔존할 가능성이 있음을 파악할 수 있다.② Under the general curing conditions of 120°C x 1 hr, a dry coating film of 300 nm has good appearance, excellent surface resistance, and can satisfy the conditions of 9H hardness. However, it can be seen that in such a drying environment, there is a possibility that a large amount of TEOS (uncured) in which dehydration condensation has not progressed remains in the formed dry film.
③ 이러한 미경화(아직 탈수축합이 진행되지 않은)된 성분들이 잔존하는 상황이라면, 이러한 건조 도막을 상온 방치(25℃)하여 장기 저장하거나, 낮은 온도(예를 들면 60℃~80℃온도범위)로 장시간 가열하면 건조 도막 내부에서는 추가적인 경화가 진행되어 건조 도막의 물성이 변화될 수 있는 요소가 된다.③ If these uncured (dehydration-condensation has not yet progressed) components remain, the dried coating film may be left at room temperature (25℃) for long-term storage, or at a low temperature (e.g., 60℃~80℃ temperature range). When heated for a long time, additional curing proceeds inside the dry film, which becomes a factor that can change the physical properties of the dry film.
이를 확인하기 위하여 가열 시간을 연장하여 추가적인 고형분(%) 감량을 측정하였다.In order to confirm this, the heating time was extended to measure the additional solid content (%) loss.
- TEOS의 100% 탈수 축합시 도달할 수 있는 이론적인 고형분 값 28.84%는 200℃, 150℃ 혹은 120℃의 온도에서는 도달하지 못했다.- The theoretical solids value of 28.84% that can be reached in 100% dehydration condensation of TEOS was not reached at temperatures of 200 °C, 150 °C or 120 °C.
- 다시 말해서 가수분해된 TEOS 조성물을 120℃의 온도에서 1시간 정도 가열경화하여 건조한 도막은 건조도막에서 우수한 경도와 저항을 구현한다고 해도, 매우 불완전한 가교 상태임을 추정할 수 있다.- In other words, it can be assumed that the dried coating film by heating and curing the hydrolyzed TEOS composition at a temperature of 120 ° C for about 1 hour is in a very incomplete cross-linking state even if the dry coating film has excellent hardness and resistance.
- 120℃ 혹은 150℃의 온도와 1시간~4시간 범위에서 가열한 후에 측정한 TEOS의 고형분(%) 잔량이 34%에서 36% 범위에서 존재하는 것을 볼 때, 이 경화조건 범위에서 진행된 탈수축합의 개수는 2개 이상 3개 이하의 범위임을 알 수 있다.- Considering that the remaining amount of solid content (%) of TEOS measured after heating at a temperature of 120℃ or 150℃ in the range of 1 hour to 4 hours is in the range of 34% to 36%, dehydration condensation proceeded within this curing condition range It can be seen that the number of is in the range of 2 or more and 3 or less.
- 또 200℃ 경화의 경우에는 30분 만에 탈수축합의 개수가 3이상에 도달함을 알 수 있다.- Also, in the case of curing at 200℃, it can be seen that the number of dehydration condensation reaches 3 or more in 30 minutes.
[“조성물 1번”의 코팅 및 건조 방법][Coating and drying method of “Composition No. 1”]
- 두께 5mm, 크기 150 mm x 150 mm의 강화유리에 Baker Applicator YBA-3을 이용하여 12.5 μm(약 500nm)의 두께로 조성물을 코팅하였다.- The composition was coated to a thickness of 12.5 μm (about 500 nm) using Baker Applicator YBA-3 on tempered glass having a thickness of 5 mm and a size of 150 mm x 150 mm.
- 80℃에서 15분 예비 가열하여 용제를 증발하였다.- The solvent was evaporated by preliminary heating at 80 ° C for 15 minutes.
- 120℃에서 1시간 가열하여 건조를 유도하였다.- Drying was induced by heating at 120 ° C. for 1 hour.
- 액체의 비중값을 보정하지 않는 경우, 이론적인 최종 건조 도막의 두께는 습도막 두께 x 고형분(%)으로 정의하였으며, 본 실험에서는 건조도막 두께를 12.5 μm x (4/100(%)) = 0.5μm = 500nm로예상하였다.- When the specific gravity value of the liquid is not corrected, the theoretical final dry film thickness is defined as wet film thickness x solid content (%), and in this experiment, the dry film thickness is 12.5 μm x (4/100 (%)) = 0.5 μm = 500 nm was expected.
[특이사항 및 결과][Special matters and results]
- 크랙이 발생함에 따라서 건조 도막의 경도를 측정할 수 없었다.- Due to the occurrence of cracks, the hardness of the dry coating film could not be measured.
[“조성물 1번”의 건조도막 두께 조절방법][How to adjust the dry film thickness of “Composition No. 1”]
- 크랙이 발생하지 않는 건조 도막을 얻기 위하여, 코팅액을 에탄올을 10%씩 추가하여 희석하는 방법으로 조성물의 고형분을 감량하였고, Baker Applicator YBA-3을 이용하여 습도막 12.5 μm의 두께로 조성물을 코팅하였다.- In order to obtain a dry film without cracks, the solid content of the composition was reduced by diluting the coating solution by adding 10% of ethanol, and the composition was coated with a wet film thickness of 12.5 μm using Baker Applicator YBA-3. did
- 이후 120℃ x 60 min의 건조 조건에서 가열경화를 실시하였다.- Then, heat curing was performed under drying conditions of 120 ° C x 60 min.
- 크랙이 육안으로 보이지 않을 때까지 조성물 희석과 코팅을 반복하여, 크랙이 없는 안정적인 도막 두께를 파악하였다.- The composition dilution and coating were repeated until the cracks were not visible to the naked eye, and a stable coating thickness without cracks was determined.
- 이후 경화된 도막을 120℃ x 60 min의 조건으로 반복하여 가열하였고, 가열 경화 시간이 증가함에 따른 건조도막의 크랙 발생 유무를 확인하였다.- After that, the cured film was repeatedly heated under the conditions of 120 ° C x 60 min, and it was confirmed whether or not cracks occurred in the dry film as the heat curing time increased.
Note: X = 크랙 발생, △ = 미세 크랙, O=크랙 없음(육안관찰).Note: X = cracked, △ = fine crack, O = no crack (visual observation).
[특이사항 및 결과][Special matters and results]
- 건조 도막 두께 약 300nm에서, 120℃의 온도로 가열하여 탈수축합을 유도하는 경우에, 건조도막 외관에서 육안으로 크랙이 관찰되지 않는 건조시간은 약120분정도였다.- In the case of inducing dehydration condensation by heating at a temperature of 120° C. at a dry film thickness of about 300 nm, the drying time at which no cracks were observed with the naked eye was about 120 minutes.
- 이 구간을 120℃ x 30 min의 조건으로 나누어 건조를 진행하였고, 각 구간마다 건조도막의 연필 경도를 측정하였다.- This section was divided into conditions of 120 ° C x 30 min, and drying was carried out, and the pencil hardness of the dry film was measured for each section.
- 실험 결과 120℃ 온도에서 60 min 이상 건조하는 경우에 건조 도막의 경도는 9H가 구현되었다.- As a result of the experiment, when drying at 120 ° C for more than 60 min, the hardness of the dry film was 9H.
- TEOS 가수분해물의 고형분 측정 실험에서, 120℃ x 60 min의 조건은 완전한 탈수축합에 도달하지 못함을 파악하였다. 이를 근거로 탈수축합의 진행도와 건조도막의 경도에 관한 상관관계를 추정해 보면, TEOS 가수분해물의 경도는 탈수축합이 100% 진행되지 않아도 탈수축합이 어느정도 진행되면 연필경도 9H에 충분히 도달할 수 있음을 알 수 있다.- In the solid content measurement experiment of TEOS hydrolyzate, it was found that the condition of 120 ° C x 60 min did not reach complete dehydration condensation. Based on this, if we estimate the correlation between the degree of dehydration and condensation and the hardness of the dry film, the hardness of the TEOS hydrolyzate can sufficiently reach the pencil hardness of 9H if the dehydration and condensation proceeds to some extent even if the dehydration condensation does not progress 100% can know
2. 전도성 고분자 함량을 결정하기 위한 기초 실험.2. Basic Experiments to Determine Conductive Polymer Content.
바인더로써 순도 99% 이상M의 TEOS(ALDRICH社, Tetraethyl orthosilicate, 이명: Orthosilicic acid tetraethyl ester, Silicon tetraethoxide, Tetraethoxysilane, Tetraethoxysilicon(IV), Tetraethyl silicate,)(굴절율: 1.382 - 1.384)를 선정하였다.As a binder, TEOS (ALDRICH, Tetraethyl orthosilicate, alias: Orthosilicic acid tetraethyl ester, Silicon tetraethoxide, Tetraethoxysilane, Tetraethoxysilicon (IV), Tetraethyl silicate,) with a purity of 99% or more (refractive index: 1.382 - 1.384) was selected.
선행 실험을 통하여 건조 도막의 안정적인 표면저항을 측정하기 위한 바람직한 TEOS의 고형분 함량을 2%로 결정하였다.Through previous experiments, the preferred solid content of TEOS for measuring the stable surface resistance of a dry coating film was determined to be 2%.
Pedot-PSSA계 전도성 고분자로써 1.4% 고형분의 Huclawn N3 수분산액(d50=75nm, ㈜휴브글로벌,한국)를 선정하였다.As a Pedot-PSSA-based conductive polymer, 1.4% solid Huclawn N3 aqueous dispersion (d50=75nm, Hub Global Co., Ltd., Korea) was selected.
촉매로써 35% 염산(35% HCl) 수용액(끓는점:108.584℃)을 선정하였다.A 35% hydrochloric acid (35% HCl) aqueous solution (boiling point: 108.584° C.) was selected as a catalyst.
혼합용제는 순도 99.5% 이상의 에탄올(ALDRICH 社, ethyl alcohol, Pure. 이명: Ethanol, absolute alcohol, non-denatured ethanol)을 선정하였다.As the mixed solvent, ethanol with a purity of 99.5% or higher (ALDRICH, ethyl alcohol, Pure. Alias: Ethanol, absolute alcohol, non-denatured ethanol) was selected.
조성물 제조에 필요한 "전도성 고분자 수분산액"의 사용량 혹은 사용범위를 결정하기 위하여 조성물내에 포함되는 "전도성 고분자 수분산액(Huclawn N3)"의 함량을 순차적으로 증량하여 조성물을 제조하고, 이를 코팅하여 도막을 건조한 다음에 표면저항을 측정하였다.In order to determine the amount or scope of use of the "conductive polymer aqueous dispersion" required for the preparation of the composition, the composition was prepared by sequentially increasing the content of the "conductive polymer aqueous dispersion (Huclawn N3)" included in the composition, and coated to form a coating film. After drying, the surface resistance was measured.
- "전도성고분자수분산액"의 투입시 전도성 고분자가 함유한 물에 의한 영향을 보정하기 위하여, 전도성고분자 감량시에 물을 추가하여 조성물 전체에서 물의 함량을 동일하게 보정한다.- In order to correct the effect of the water contained in the conductive polymer when the "conductive polymer aqueous dispersion" is added, water is added during the reduction of the conductive polymer to correct the water content in the entire composition to be the same.
[“조성물 2번” 계열의 제조 공정][Manufacturing process of “Composition No. 2” series]
TEOS를 촉매로 선 가수분해하고 Pedot-PSSA 후첨하는 공정Process of pre-hydrolyzing TEOS with a catalyst and post-adding Pedot-PSSA
[1단계 : TEOS의 선 가수분해공정].[Step 1: Pre-hydrolysis process of TEOS].
① 무게를 측정한 2리터 반응 용기에 에탄올 606.46g과 가수분해전의 TEOS 69.35g을 투입하고 선속도 0.4 m/s의 속도로 교반을 한다.① 606.46 g of ethanol and 69.35 g of TEOS before hydrolysis were added to a weighed 2-liter reaction vessel, and stirring was performed at a linear speed of 0.4 m/s.
② 다른 용기에 탈이온수 23.99g과 35% 염산수용액 0.2g을 투입하여 잘 혼합한다.② Put 23.99g of deionized water and 0.2g of 35% aqueous hydrochloric acid solution in another container and mix well.
③ 탈이온수와 염산수용액의 혼합액을 교반이 진행중인 에탄올과 가수분해전 TEOS 혼합액에 천천히 투입한다.③ Slowly add the mixture of deionized water and hydrochloric acid solution to the mixture of ethanol under stirring and TEOS before hydrolysis.
④ 반응 용기를 잘 밀봉하고 선속도 0.8m/s의 속도로 조정한 후에 상온에서 24시간 교반하여 가수분해를 진행한다.④ After sealing the reaction vessel well and adjusting the linear speed to 0.8 m/s, hydrolysis is performed by stirring at room temperature for 24 hours.
[2단계 : 전도성 고분자(Pedot-PSSA 수분산액) 후첨 공정][Step 2: Conductive polymer (Pedot-PSSA aqueous dispersion) post-addition process]
⑤ 25시간 경과 후 조성물이 담겨있는 반응용기의 총 무게를 측정하고 손실된 중량만큼 에탄올을 이용하여 보충한다.⑤ After 25 hours, the total weight of the reaction vessel containing the composition is measured and supplemented with ethanol as much as the lost weight.
⑥ 전도성 고분자 (Huclawn N3)혹은 전도성 고분자와 물의 혼합액을 각각의 규정량 만큼 후첨하고 교반 한다.⑥ Conductive polymer (Huclawn N3) or a mixture of conductive polymer and water is added as much as specified and stirred.
⑦ #300의 고운망으로 필터하여 플라스틱 용기에 포장한다. ⑦ Filter with #300 fine mesh and pack in a plastic container.
[“조성물 2번” 계열의 코팅 및 건조 방법][Coating and drying method of “Composition No. 2” series]
- 두께 5mm, 크기 150 mm x 150 mm의 강화유리에 Baker Applicator YBA-3을 이용하여 12.5 μm(300nm)의 두께로 조성물을 코팅하였다.- The composition was coated to a thickness of 12.5 μm (300 nm) using Baker Applicator YBA-3 on tempered glass having a thickness of 5 mm and a size of 150 mm x 150 mm.
- 80℃에서 15분 예비 가열하여 용제를 증발하였다.- The solvent was evaporated by preliminary heating at 80 ° C for 15 minutes.
- 120℃에서 60분간 가열하여 건조를 유도하였다.- Drying was induced by heating at 120 ° C for 60 minutes.
- 액체의 비중값을 보정하지 않는 경우 이론적인 최종 건조 도막의 두께는 습도막 두께 x고형분(%)으로 정의하였으며, 본 실험에서는 12.5 μm x (2/100(%)) = 0.25μm = 250nm에서 300nm의 범위로 예상하여 정의하였다.- When the specific gravity value of the liquid is not corrected, the theoretical final dry film thickness is defined as wet film thickness x solid content (%), and in this experiment, 12.5 μm x (2/100 (%)) = 0.25 μm = 250 nm A range of 300 nm was anticipated and defined.
- -
[특이사항 및 결과][Special matters and results]
- TEOS 가수분해물 단독과 비교하여 Pedot-PSSA 분산물을 함유한 조성물이 건조 도막의 크랙 현상이 완화되었다.- Compared to the TEOS hydrolyzate alone, the composition containing the Pedot-PSSA dispersion reduced cracking of the dry film.
- 전도성 고분자의 함량이 증가할수록 경도가 하락하는 경향을 보여다.- As the content of the conductive polymer increases, the hardness tends to decrease.
- 전도성 고분자 함량 20% (배합표 2-4번)에서 가장 양호한 표면 상태를 나타내었고, 이후 전도성 고분자 함량이 30%로 증가함에 따라서 오히려 크랙 현상이 증가하였다. - The best surface condition was shown at 20% conductive polymer content (Formulation Table No. 2-4), and then cracking increased as the conductive polymer content increased to 30%.
- 다만 바인더 고형분 2%를 기준으로 크랙 현상이 가장 양호한 전도성 고분자 함량은 20~25% 범위 일 것으로 추정됩니다.- However, it is estimated that the conductive polymer content with the best cracking phenomenon is in the range of 20 to 25% based on the binder solid content of 2%.
[건조 도막의 표면저항 측정 방법][Method of measuring surface resistance of dry film]
표면저항은 SIMCO ST-4 (전압: 100V, 일본 심코사)를 이용하여 측정하였다.Surface resistance was measured using SIMCO ST-4 (Voltage: 100V, Simco, Japan).
표면저항은 로그 함수이며 통상 숫자*EX의 형태로 표현된다. 본 발명에서는 EX의 형태로 표기한다.Surface resistance is a logarithmic function and is usually expressed in the form of a number*EX. In the present invention, it is expressed in the form of EX.
측정값이 높을수록 표면 저항값이 높은 것을 의미하며, 측정값이 낮을수록 표면 저항값이 낮은 것으로 판단하여야 한다.It should be determined that the higher the measured value is, the higher the surface resistance value is, and the lower the measured value is, the lower the surface resistance value is.
(이론값)Inorganic solid content (%)
(theoretical value)
[특이사항 및 결과][Special matters and results]
- 조성물 중 바인더의 함량이 2% 인 경우를 기준으로 조성물의 개발목표인 E7(7승)이하의 표면저항을 구현하는 전도성 고분자의 함량은 15% 이상임을 확인하였다.- Based on the case where the content of the binder in the composition is 2%, it was confirmed that the content of the conductive polymer realizing the surface resistance of E7 (7th power) or less, which is the development goal of the composition, is 15% or more.
- 전도성 고분자의 함량이 증가할수록 건조도막의 경도가 하락함을 확인하였다.- It was confirmed that the hardness of the dry film decreased as the content of the conductive polymer increased.
- 경도와 표면저항의 반비례 관계를 고려할 때 바람직한 전체 조성물 중 전도성 고분자의 함량은 20~25%의 범위가 유리함을 알 수 있다.- Considering the inversely proportional relationship between hardness and surface resistance, it can be seen that the content of the conductive polymer in the entire composition is advantageously in the range of 20 to 25%.
3. 촉매가 코팅액 조성물의 저장성에 미치는 영향 파악 실험.3. Experiment to determine the effect of the catalyst on the storage properties of the coating liquid composition.
[조성물 배합표 3번의 제조 공정].[Manufacturing process of Composition Table No. 3].
① 조성물 제조 공정 2와 동일한 방법으로 제조하였다.① It was prepared in the same way as in the composition manufacturing process 2.
② 3-1, 3-2의 조성물은 선가수분해 후, 전도성 고분자 후첨 공정입니다② The composition of 3-1 and 3-2 is a conductive polymer post-addition process after pre-hydrolysis
③ 3-3은 직접 가수분해 공정입니다.③ 3-3 is the direct hydrolysis process.
([Note:] 표면저항 값이 OVER라 함은 E13.5 (13.5승)이상의 표면 저항 값을 표현하는 관습적인 용어입니다.)([Note:] The surface resistance value OVER is a customary term that expresses the surface resistance value of E13.5 (13.5 power) or higher.)
- 촉매의 함량이 증가할수록 액상의 저장 안정성이 빨리 악화된다.- As the content of the catalyst increases, the storage stability of the liquid phase quickly deteriorates.
- 촉매의 함량이 증가할수록 씨딩, 침전이 빨리 발생한다.- As the content of the catalyst increases, seeding and precipitation occur faster.
- 촉매의 함량이 증가할수록 조성물 저장 후 1주일 간격으로 실시한 코팅 실험에서, 건조 도막의 표면 저항이 빨리 악화된다.- As the content of the catalyst increases, the surface resistance of the dry coating film quickly deteriorates in coating experiments conducted at intervals of one week after storage of the composition.
- 산성물질인 Pedot-PSSA 수분산액을 촉매로써 사용하고, 별도의 촉매를 사용하지 않은 경우가 가장 우수한 저장 안정성을 보여주었다.- The best storage stability was shown when an acidic Pedot-PSSA aqueous dispersion was used as a catalyst and no additional catalyst was used.
- 산성물질인 Pedot-PSSA 수분산액을 촉매로써 사용하여 조성물을 제조하는 경우, 조성물의 가수분해 반응 과정에서 발열이 낮으며, 반응성 낮아서 제조 공정이 길어지는 문제가 있으나, 조성물의 안정적인 저장성을 구현하기 위하여 촉매를 사용하지 않는 것이 가장 바람직하다는 결론을 도출하였다.- When preparing a composition using an acidic Pedot-PSSA aqueous dispersion as a catalyst, there is a problem in that the production process is prolonged due to low heat generation and low reactivity during the hydrolysis reaction of the composition, but it is difficult to realize stable storage stability of the composition. It was concluded that it is most preferable not to use a catalyst for this purpose.
4. 관능기에 따른 저장 안정성 비교 실험4. Storage stability comparison experiment according to functional groups
[조성물 4번 계열의 가수분해 방법][Hydrolysis method of composition No. 4 series]
- 전술한 대로 TEOS의 투입량은 가교도 3을 기준으로 예상고형분(%) 함량을 33.16%로 계산하였다.- As described above, the input amount of TEOS was calculated as 33.16% of the expected solid content (%) based on the degree of crosslinking 3.
- 조성물의 무기물 바인더 함량이 높을수록 저장성이 빨리 악화된다. 조성물의 저장성과 건조도막의 크랙 발생 성향을 상대비교하기 위하여 조성물의 고형분(%)을 5%로 제조하였다.- The higher the inorganic binder content of the composition, the faster the storage property deteriorates. The solid content (%) of the composition was prepared at 5% in order to compare the storability of the composition and the cracking tendency of the dry film.
- 액상 안정성의 정확한 관찰을 위하여 색상이 있는 “전도성 고분자” 대신 전도성 고분자의 예상 사용량만큼 물을 대치하여 사용하였다.- For accurate observation of liquid phase stability, water was used instead of colored “conductive polymer” as much as the expected amount of conductive polymer.
- 가수분해에 필요한 물 함량을 “Di-water (1)”로 표기하였고, 비교 시험군들간의 물함량 편차를 동일한 함량으로 조절하기 위하여 물을 추가로 첨가하였으며 이를 “Di-Water (2)로 표기하였다.- The water content required for hydrolysis was marked as “Di-water (1)”, and water was additionally added to adjust the water content deviation between the comparative test groups to the same content, and this was referred to as “Di-Water (2)” marked.
- 촉매는 35% 염산 수용액을 0.02% 사용하였다.- As the catalyst, 0.02% of 35% aqueous hydrochloric acid was used.
- 상온에서 24시간 동안 가수분해를 진행하였다.- Hydrolysis was carried out at room temperature for 24 hours.
ECHETES2-3,4
ECHETES
[조성물 4번 계열의 결과 분석][Analysis of the results of composition No. 4 series]
- 트리에톡시실란(TES: Triethoxy silane) 가수분해물이 테트라에톡시실란(TEOS) 가수분해물과 비교하여 매우 빠른 속도로 겔화가 진행되었다.- Gelation of triethoxy silane (TES) hydrolyzate proceeded at a very rapid rate compared to tetraethoxy silane (TEOS) hydrolyzate.
- 메틸트리에톡시실란(MTES)의 가수분해물이 테트라에톡시실란(TEOS) 가수분해물과 비교하여 뚜렷하게 향상된 상온 저장 안정성을 보여주었다. - The hydrolyzate of methyltriethoxysilane (MTES) showed significantly improved storage stability at room temperature compared to the hydrolyzate of tetraethoxysilane (TEOS).
- 2-3,4 ECHETES은 메틸트리에톡시실란(MTES), 테트라에톡시실란(TEOS)과 비교하여 매우 우수한 용액 저장 안정성을 보여 주었고, 6개월 이상의 저장기간이 경과하여도 안정성을 유지하였다.- 2-3,4 ECHETES showed excellent solution storage stability compared to methyltriethoxysilane (MTES) and tetraethoxysilane (TEOS), and maintained stability even after a storage period of 6 months or more.
[조성물 4번 계열 건조도막 두께와 크랙 시험 방법][Composition No. 4 series dry film thickness and crack test method]
- 열안정성이 약한 플라스틱 필름소재를 대신하여, 강화유리 위에 코팅을 실시하여 고온 경화실험을 진행하였다.- Instead of a plastic film material with weak thermal stability, a coating was applied on tempered glass to conduct a high-temperature curing experiment.
- 두께 5mm, 크기 150 mm x 150 mm의 강화유리에 Baker Applicator YBA-3을 이용하여 습도막 12.5 μm의 두께로 조성물을 코팅하였다.- The composition was coated with a wet film thickness of 12.5 μm using Baker Applicator YBA-3 on tempered glass having a thickness of 5 mm and a size of 150 mm x 150 mm.
- 액체의 비중값을 보정하지 않는 경우 이론적인 최종 건조 도막의 두께는 습도막 두께 x고형분(%)으로 정의하였으며, 본 실험에서는 12.5 μm x (5/100(%)) = 0.625μm = 약 625nm의 건조도막 두께인 것으로 가정하였다.- If the specific gravity value of the liquid is not corrected, the theoretical final dry film thickness is defined as wet film thickness x solid content (%), and in this experiment, 12.5 μm x (5/100 (%)) = 0.625μm = about 625nm It was assumed that the dry film thickness of
- 일반적으로 “대전방지용 코팅제”의 건조도막 100nm에서 300nm이나, 300nm이하의 박막에서는 크랙의 경향이 늦게 나타나기 때문에 약 600nm의 후막으로 건조도막을 형성하였다.- In general, the dry film of “antistatic coating” is between 100nm and 300nm, but in the thin film below 300nm, cracks tend to appear late, so a dry film of about 600nm thick was formed.
- 예비가열 공정을 시행하지 않고 코팅 후 각각의 건조 온도에 맞추어 바로 가열하여 경화를 진행하였다.- Curing was performed by heating immediately after coating without performing a preheating process according to each drying temperature.
- 가열경화 조건은 상온(25℃) 경화를 진행하였고, 이후 60℃ 부터 20℃씩 승온하여 200℃까지의 구간에 대하여 각각 1시간씩 경화를 진행하였다.- As for the heat curing condition, curing was performed at room temperature (25 ° C), and then the temperature was raised by 20 ° C from 60 ° C to 200 ° C, and curing was performed for 1 hour each.
- 건조 후 크랙이 발생하지 않은 경우는 연필 경도를 측정하여 건조 상태를 예측하였고, 크랙이 발생한 경우는 연필경도를 측정하지 않았다.- When cracks did not occur after drying, the dry state was predicted by measuring pencil hardness, and when cracks occurred, pencil hardness was not measured.
ECHETES2-3,4
ECHETES
크랙X/after drying
crack
미세크랙2 months later
micro crack
(*Note: X = 측정불가)(*Note: X = Unmeasurable)
ECHETES2-3,4
ECHETES
(*Note: X = 측정불가)(*Note: X = Unmeasurable)
[조성물 4번 계열의 실험 결과 분석][Analysis of test results of composition No. 4 series]
① 트리에톡시실란(TES: Triethoxy silane) 가수분해물은 24시간의 가수분해 종료 후 액상이 헤이즈하고 점도가 높아서 불안정하였다. 그리고 코팅 후 건조시 매우 빠른 건조 속도를 보여주었으나 도막이 불량하여 비교군으로써 의미를 부여할 수 없었다.① Triethoxy silane (TES) hydrolyzate was unstable due to haze and high viscosity after 24 hours of hydrolysis. In addition, when drying after coating, it showed a very fast drying speed, but the coating film was poor, so it could not be meaningful as a comparison group.
② 테트라에톡시실란(TEOS) 가수분해물은 60℃ x 1시간의 건조조건에서도 연필 경도를 측정할 수 있을 만큼 빠른 건조 속도를 보여 주었으나, 건조도막을 상온에서 일정기간 방치하면 크랙이 발생하였다. ② The tetraethoxysilane (TEOS) hydrolyzate showed a drying speed fast enough to measure pencil hardness even under the drying conditions of 60 ° C x 1 hour, but cracks occurred when the dried film was left at room temperature for a certain period of time.
③ 테트라에톡시실란(TEOS) 가수분해물은 건조 도막 두께가 약300nm 이하인 경우, 120℃ x 1시간의 건조조건에서는 크랙이 발생하지 않으나, 본 실험에서처럼 건조도막 두께가 약600nm 인 경우는 120℃ x 1시간의 건조조건에서 바로 크랙이 발생하였다.③ Tetraethoxysilane (TEOS) hydrolyzate does not crack when the dry film thickness is less than about 300 nm and under the drying conditions of 120 ° C x 1 hour. However, as in this experiment, when the dry film thickness is about 600 nm, it Cracks occurred immediately after drying for 1 hour.
④ 메틸트리에톡시실란(MTES)의 가수분해물은 약 600nm의 건조 도막 두께에서 1시간 가열을 기준으로 80℃의 온도에서 매우 빠른 건조속도를 보여 주었다. 그리고 150℃의 온도까지 크랙이 발생하지 않았다. 그러나 건조도막의 경도가 TEOS에 비하여 낮게 구현이 되는 것으로 보아서, 테트라에톡시실란(TEOS)의 가수분해물에 비하여 탈수축합반응이 현저히 느린 것을 알 수 있다. ④ The hydrolyzate of methyltriethoxysilane (MTES) showed a very fast drying rate at a temperature of 80 ° C based on heating for 1 hour at a dry film thickness of about 600 nm. And cracks did not occur until the temperature of 150 ℃. However, considering that the hardness of the dry film is lower than that of TEOS, it can be seen that the dehydration condensation reaction is significantly slower than that of the hydrolyzate of tetraethoxysilane (TEOS).
⑤ 2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란 (2-3,4ECHETES)은 메틸트리에톡시실란(MTES)보다는 느린 건조속도를 보여주지만, 건조온도 100℃와 120℃의 구간에서 만족할 만한 건조 속도를 보여 주었다.⑤ 2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (2-3,4ECHETES) shows a slower drying rate than methyltriethoxysilane (MTES), but at a drying temperature of 100℃ and 120℃ It showed a satisfactory drying speed.
⑥ 3-글리시독시프로필 트리에톡시실란(3GPTES)은 120℃ 이하의 온도와 1시간 가열 경화 조건에서 미건조가 발생하였다. 150℃ x 1시간에서도 불충분한 건조 상태를 보여주었고, 충분한 경화를 위해서는 150℃ x 2시간 혹은 180℃ x 1시간의 가열경화 조건이 필요함을 파악하였다. ⑥ 3-Glycidoxypropyl triethoxysilane (3GPTES) was undried at a temperature of 120 ° C or lower and cured by heating for 1 hour. Even at 150 ° C x 1 hour, insufficient drying was shown, and it was found that heat curing conditions of 150 ° C x 2 hours or 180 ° C x 1 hour were required for sufficient curing.
⑦ 가열 온도와 시간에 따른 건조속도의 차이는 존재하지만, 충분한 가열 온도와 시간이 제공되어 건조도막의 가교도가 3에 접근하는 경우에 모든 3관능기 실란에서 연필경도 7H 이상의 높은 경도가 측정되고, 크랙이 발생하는 것을 확인하였다.⑦ There is a difference in drying speed depending on heating temperature and time, but when sufficient heating temperature and time are provided and the degree of crosslinking of the dry film approaches 3, high hardness of pencil hardness of 7H or more is measured for all trifunctional silanes, and cracks It was confirmed that this occurred.
⑧ 4관능기 실란의 가수분해물과 비교하여 3관능기 실란의 가수분해물은 치환된 알킬기(-R)의 크기가 커질수록 탈수축합 반응성이 낮아지고, 액상의 저장안정성이 개선됨을 파악하였다. 그리고 이러한 탈수축합 반응성의 저하는 코팅액의 건조공정에 있어서 더 높은 가열 온도와 가열 시간을 요구함을 파악하였다.⑧ Compared to the hydrolyzate of tetrafunctional silane, it was found that the dehydration condensation reactivity of the hydrolyzate of trifunctional silane increases as the size of the substituted alkyl group (-R) increases, and the storage stability of the liquid phase is improved. In addition, it was found that such a decrease in dehydration and condensation reactivity required a higher heating temperature and heating time in the drying process of the coating solution.
다음으로, 상기된 기초실험을 바탕으로 본 발명과 관련된 직접적인 실험을 하였다.Next, based on the basic experiments described above, direct experiments related to the present invention were conducted.
5-1. 디메틸디에톡시실란(DMDES)의 사용량 결정 실험.5-1. Experiments to determine the amount of dimethyldiethoxysilane (DMDES).
디메틸디에톡시실란(DMDES)과 2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란 (2-3,4ECHETES)의 적절한 혼합 비율을 결정하기 위하여 다음의 실험을 실시하였다. The following experiment was conducted to determine an appropriate mixing ratio of dimethyldiethoxysilane (DMDES) and 2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (2-3,4ECHETES).
[조성물 5번 계열의 가수분해 방법][Hydrolysis method of composition No. 5 series]
① 2-3,4ECHETES(NV:61.46%)의 예상 고형분과 DMDES(NV: 50.01%)의 예상 고형분을 합하여 조성물 전체에서 바인더의 고형분은 5% 가 되도록 계산하였다.① The expected solid content of 2-3,4ECHETES (NV: 61.46%) and the expected solid content of DMDES (NV: 50.01%) were added to calculate the solid content of the binder in the entire composition to be 5%.
② 혼합물의 예상 가교도는 [수식2] 가교도 계산방법을 이용하여 산출하였다.② The expected crosslinking degree of the mixture was calculated using [Equation 2] crosslinking degree calculation method.
[수식 2] 조성물 가교도 계산 방법[Formula 2] Method for Calculating Composition Crosslinking Degree
③ 조성물내 고형분은 [표18]의 고형분 예상 값을 이용하여 산출하였다. ③ The solid content in the composition was calculated using the expected solid content values in [Table 18].
④ 물함량의 편차에 따른 실험오차를 보정하기 위하여 [표14]의 조성물 배합표 4번에서와 같은 방법으로 물함량을 동일하게 조정하였으며, 물함량은 조성물 전체에 대하여 5%의 함량으로 보정하였다. ④ In order to correct the experimental error due to the deviation of the water content, the water content was adjusted in the same way as in the composition formulation table No. 4 of [Table 14], and the water content was corrected to 5% of the entire composition.
⑤ 가수분해에 필요한 물 함량을 “Di-water (1)”로 표기하였고, 비교 시험군들 간의 물함량 편차를 동일한 함량으로 조절하기 위하여 물을 추가로 첨가하였으며 이를 “Di-Water (2)로 표기하였다. ⑤ The water content required for hydrolysis was marked as “Di-water (1)”, and water was additionally added to adjust the water content deviation between the comparative test groups to the same content, and this was referred to as “Di-Water (2)”. marked.
⑥ 촉매는 35% 염산 수용액을 0.02% 사용하였다. ⑥ As a catalyst, 0.02% of 35% aqueous hydrochloric acid was used.
⑦ 상온에서 24시간 동안 가수분해를 진행하였다.⑦ Hydrolysis was carried out at room temperature for 24 hours.
[조성물 5번 계열의 가열건조 조건과 크랙 시험 방법][Heat drying conditions and crack test method of composition No. 5 series]
- 열안정성이 약한 플라스틱 필름소재를 대신하여, 강화유리위에 코팅을 실시하여 고온 경화실험을 진행하였다.- Instead of a plastic film material with weak thermal stability, a high-temperature curing experiment was conducted by coating on tempered glass.
- 두께 5mm, 크기 150 mm x 150 mm의 강화유리에 Baker Applicator YBA-3을 이용하여 습도막 12.5 μm의 두께로 조성물을 코팅하였다. - The composition was coated with a wet film thickness of 12.5 µm using Baker Applicator YBA-3 on tempered glass having a thickness of 5 mm and a size of 150 mm x 150 mm.
- 액체의 비중값을 보정하지 않는 경우 이론적인 최종 건조 도막의 두께는 습도막 두께 x고형분(%)으로 정의하였으며, 본 실험에서는 12.5 μm x (5/100(%)) = 0.625μm = 약 625nm의 건조도막 두께인 것으로 가정하였다.- If the specific gravity value of the liquid is not corrected, the theoretical final dry film thickness is defined as wet film thickness x solid content (%), and in this experiment, 12.5 μm x (5/100 (%)) = 0.625μm = about 625nm It was assumed that the dry film thickness of
- 일반적으로 “대전방지용 코팅제”의 건조도막 100nm에서 300nm이나, 300nm이하의 박막에서는 크랙의 경향이 늦게 나타나기 때문에 약 600nm의 후막으로 건조도막을 형성하였다.- In general, the dry film of “antistatic coating” is between 100nm and 300nm, but in the thin film below 300nm, cracks tend to appear late, so a dry film of about 600nm thick was formed.
- 예비가열 공정을 시행하지 않고, 코팅 직후 120℃의 오븐에 투입하여 4시간까지 1시간 간격으로 연필 경도와 크랙을 확인하였다. - Without performing a preheating process, immediately after coating, it was put into an oven at 120 ° C., and pencil hardness and cracks were checked at intervals of 1 hour up to 4 hours.
- 이후 80℃로 오븐의 온도를 낮추고 24시간 간격으로 크랙의 발생 유무를 확인하였다.- Thereafter, the temperature of the oven was lowered to 80 ° C and the presence or absence of cracks was checked at intervals of 24 hours.
- 건조 후 크랙이 발생하지 않은 경우는 연필 경도를 측정하여 건조 상태를 예측하였고, 크랙이 발생한 경우는 연필경도를 측정하지 않았다.- When cracks did not occur after drying, the dry state was predicted by measuring pencil hardness, and when cracks occurred, pencil hardness was not measured.
(*Note: X = 측정불가)(*Note: X = Unmeasurable)
[“조성물 5번” 계열의 - 부착성 시험 방법]["Composition No. 5" series - adhesion test method]
- 평균 두께 100μm의 PET film 위에 Baker Applicator YBA-3을 이용하여 12.5 μm의 두께(약 300nm)로 조성물을 코팅한다. - Coat the composition to a thickness of 12.5 μm (about 300 nm) using Baker Applicator YBA-3 on PET film with an average thickness of 100 μm.
- 80℃에서 10분 예비 가열하여 용제를 증발시킨다.- Evaporate the solvent by preliminary heating at 80℃ for 10 minutes.
- PET film의 열변형을 최소화 하기 위하여 100℃에서 1시간 가열하여 경화를 유도한다.- In order to minimize thermal deformation of PET film, heat it at 100℃ for 1 hour to induce hardening.
- 이후 상온(25℃)에서 72시간(3일) 동안 시편을 보관하여 후경화(Aging)를 유도한다. - Then, store the specimen at room temperature (25℃) for 72 hours (3 days) to induce post-curing (Aging).
- 눈금 2mm의 크로스커터(cross hatch cutter)로 컷팅후 ISO2409 규격의 부착시험용 테이프를 이용하여 부착력(100/100)을 시험한다.- Test the adhesion (100/100) using the ISO2409 standard adhesion test tape after cutting with a 2mm cross hatch cutter.
(100/100)adhesion
(100/100)
(*Note: X = 불충분한 건조 상태로 인하여 판단 불가.)(*Note: X = Unable to judge due to insufficient dryness.)
[조성물 5번 계열의 실험 결과 분석][Analysis of test results of composition No. 5 series]
① 2-3,4ECHETES 단독의 가수분해물(조성물 5-5)은 건조가 빠르지만, 80℃에서 가열 시, 서서히 경도가 상승하였고, 약 10일(240시간) 경과 후 크랙이 발생하였다. ① The hydrolyzate of 2-3,4ECHETES alone (composition 5-5) dries quickly, but when heated at 80 ° C, the hardness gradually rises, and cracks occur after about 10 days (240 hours).
② DMDES 단독의 가수분해물은 건조가 매우 늦었고, 서서히 경도가 상승하는 것을 파악하였다.② The drying of the hydrolyzate of DMDES alone was very slow, and it was found that the hardness gradually increased.
③ 이것은 DMDES가 혼합 가수물에서 가열건조 속도를 늦추는 주요인으로 작용할 것으로 예상되었다.③ It was expected that DMDES would act as a major factor in slowing down the heating and drying speed in mixed hydrolytes.
④ DMDES와 2-3,4ECHETES의 혼합가수분해물은 각 조성물의 “가교도” 차이에 따라서 연필경도가 다르게 나타났으나 80℃의 온도에서 장시간(20일) 가열하는 경우 모두 크랙이 발생하지 않았으며, 가교도 2.9의 5-4번 조성물은 혼합가수물 중에서 유일하게 추가적인 경도 상승이 매우 느리게 나타났다.④ The mixed hydrolyzate of DMDES and 2-3,4ECHETES showed different pencil hardness according to the difference in “degree of crosslinking” of each composition, but no cracks occurred when heated at 80℃ for a long time (20 days). , Compositions Nos. 5-4 with a degree of crosslinking of 2.9 showed a very slow increase in hardness only among the mixed anhydrides.
⑤ 2-3,4ECHETES 단독의 가수분해물에 비하여 DMDES와 2-3,4ECHETES의 혼합 가수분해물은 예상보다 이른 시간에 건조도막의 최고 경도에 도달하였다. 이것은 DMDES 단독 가수분해물이나 2-3,4ECHETES 단독 가수분해물이 가열 경화 시 서서히 경도가 증가하던 것과는 매우 상이한 현상이다. ⑤ Compared to the hydrolyzate of 2-3,4ECHETES alone, the mixed hydrolyzate of DMDES and 2-3,4ECHETES reached the highest dry film hardness earlier than expected. This is a very different phenomenon from the gradual increase in hardness of the hydrolyzate of DMDES alone or the hydrolyzate of 2-3,4ECHETES alone during heat curing.
⑥ 건조도막의 전체 고형분 중에서 DMDES의 고형분 함량(%)이 증가할수록 건조도막이 물러지고, 부착력이 감소하였다.⑥ As the solid content (%) of DMDES among the total solids of the dry film increased, the dry film became softer and the adhesion decreased.
⑦ 특히 가교도 2.9의 5-4번 조성물보다 가교도 2.7의 5-2번 조성물과 가교도 2.8의 5-3번 조성물은 최종 경도에 해당하는 연필경도가 건조 초기에 빠르게 구현되었으나, DMDES의 함량이 증가할수록 건조속도가 느려지는 현상을 감안하면, 이는 가교반응이 빠르게 진행되어 나타난 결과가 아니라, DMDES에 의해서 실리콘 첨가제와 유사한 효과가 반영된 “가짜 경도”라고 판단된다. 마치 첨가제에 의해서 슬립성이 부여되어 “내긁힘성”이 향상된 유성계 코팅제의 초기 건조도막에서 나타나는 특성에 가깝다. ⑦ In particular, composition Nos. 5-2 with a crosslinking degree of 2.7 and compositions No. 5-3 with a crosslinking degree of 2.8 achieved faster pencil hardness at the beginning of drying than compositions No. 5-4 with a crosslinking degree of 2.9, but the amount of DMDES Considering the phenomenon that the drying speed slows down as the increase increases, this is not the result of a fast crosslinking reaction, but it is judged by DMDES to be “fake hardness” that reflects an effect similar to that of silicone additives. It is close to the characteristics of the initial dry film of oil-based coatings with improved “scratch resistance” as slipperiness is imparted by additives.
⑧ 고형분 5%의 조성물을 기준으로 건조도막 약 600nm의 후도막으로 유리판에 코팅하여 경화 건조를 실시한 결과 건조가 빠르고 가장 안정적인 경시변화를 나타내는 DMDES와 2-3,4ECHETES의 혼합비율은 예상고형분(%) 기준으로 4:1의 혼합비율이며 가교도 기준으로 2.8단계가 가장 안정적임을 확인하였다.⑧ Based on a composition with a solid content of 5%, the dry film was coated on a glass plate with a thick film of about 600 nm and cured and dried. ) based on the mixing ratio of 4: 1, and it was confirmed that step 2.8 was the most stable based on the degree of crosslinking.
5-2. 최종 조성물의 실시예와 비교예.5-2. Final Composition Examples and Comparative Examples.
4관능기 실란계 바인더로써 테트라에틸오소실리케이트(ALDRICH社, TEOS, Tetraethyl orthosilicate, 이명: Orthosilicic acid tetraethyl ester, Silicon tetraethoxide, Tetraethoxysilane, Tetraethoxysilicon(IV), Tetraethyl silicate,)를 선정하였다.Tetraethyl orthosilicate (ALDRICH, TEOS, Tetraethyl orthosilicate, alias: Orthosilicic acid tetraethyl ester, Silicon tetraethoxide, Tetraethoxysilane, Tetraethoxysilicon (IV), Tetraethyl silicate,) was selected as a tetrafunctional silane-based binder.
3관능기 실란계 바인더로써 2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란(Coatosil 1770, Momentive社, 미국, 2-(3,4ECH)ETES, β-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxy silane)을 선정하였다2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (Coatosil 1770, Momentive, USA, 2-(3,4ECH)ETES, β-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxy silane) as a trifunctional silane-based binder selected
2관능기 실란계 바인더로써 디메틸디에톡시실란(KBE-22, shinetsu社, 일본, Dimethyldiehtoxy silane)을 선정하였다Dimethyldiethoxysilane (KBE-22, Shinetsu Co., Japan, Dimethyldiehtoxy silane) was selected as a bifunctional silane-based binder.
중화되지 않은 산성 Pedot-PSSA계 수계 전도성 고분자로써 1.4% 고형분의 Huclawn® N3 수분산액(d50=75nm, 물함량 98.6%, ㈜휴브글로벌, 한국)를 선정하였다.As the non-neutralized acid Pedot-PSSA-based water-based conductive polymer, 1.4% solid Huclawn® N3 aqueous dispersion (d50=75nm, water content 98.6%, Huve Global Co., Ltd., Korea) was selected.
- [표 9] “조성물 배합표 2”를 참조하여 조성물 중 바인더의 예상 고형분은 2%로 결정하였고, 전도성 고분자는 조성물 배합 100%를 기준으로 25%를 사용하였다. (전도성 고분자 예상 고형분(%): 0.35%) 이때 총 예상 고형분은 2.35%가 된다.- [Table 9] Referring to “Composition Table 2,” the expected solid content of the binder in the composition was determined to be 2%, and 25% of the conductive polymer was used based on 100% of the composition. (Expected solid content of conductive polymer (%): 0.35%) At this time, the total expected solid content is 2.35%.
- [표 14] “조성물 배합표 4”에서 사용된 5종의 실란중에서 트리에톡시실란(TES), 테트라에틸오소실리케이트도(TEOS), 메틸 트리에톡시실란(MTES)은 플라스틱 소재에 대하여 부착력이 부족하고, 조성물의 상온 저장성이 불량하여 본 연구의 개발 목적에 부합하지 않는 실란이다. - [Table 14] Among the 5 types of silanes used in “Composition Table 4”, triethoxysilane (TES), tetraethyl orthosilicate (TEOS), and methyl triethoxysilane (MTES) showed the highest adhesion to plastic materials. It is a silane that does not meet the purpose of the development of this study because it is insufficient and the shelf life of the composition is poor.
- 그러나 4관능기의 실란의 비교예로써 무기물계 실란중에서 가장 대표적인 실란인 테트라에틸오소실리케이트도(TEOS)를 선정하여 실험하였다.- However, as a comparative example of tetrafunctional silane, tetraethyl orthosilicate (TEOS), the most representative silane among inorganic silanes, was selected and tested.
- TEOS의 투입량은 가교도 3을 기준으로 예상고형분(%) 함량을 33.16%로 계산하였다.- The input amount of TEOS was calculated as 33.16% of the expected solid content (%) based on the degree of crosslinking 3.
- 3관능기 실란의 비교 예로써 DMDES를 사용하지 않고, 2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란 (2-3,4ECHETES)을 단독으로 사용하여 제조한 조성물을 선정하였다.- As a comparative example of a trifunctional silane, a composition prepared using only 2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (2-3,4ECHETES) without using DMDES was selected.
- 실시예와 비교예 중에서 DMDES를 혼합하여 가수분해하는 경우에, 각각의 실란에 대하여 무기바인더의 총 고형분중에서 DMDES의 비율은 20%가 되도록 조정하여, 무게비 기준으로 4:1의 비율이 되도록 계산하여 “혼합 가수분해 조성물”을 제조하고, “제조된 조성물의 상온 저장성, 부착성, 표면저항, 경도, 건조도막의 경시변화를 비교 실험하였다. - In the case of hydrolysis by mixing DMDES in Examples and Comparative Examples, the ratio of DMDES in the total solid content of the inorganic binder for each silane is adjusted to 20%, and the ratio is calculated to be 4: 1 based on the weight ratio "Mixed hydrolyzed composition" was prepared, and "room temperature storage, adhesion, surface resistance, hardness, and change in dry coating film of the prepared composition were compared and tested.
- 상온 저장안정성의 향상을 위하여 별도의 촉매를 사용하지 않았고 Pedot-PSS계 “수계전도성고분자 분산물”을 촉매로 사용하였다.- To improve room temperature storage stability, a separate catalyst was not used, and Pedot-PSS-based “aqueous conductive polymer dispersion” was used as a catalyst.
- “수계전도성고분자”에 포함되어 조성물에 투입되는 물의 함량이 무기계 실란의 가수분해에 필요한 물의 함량보다 많기 때문에, 별도의 물을 추가로 공급하지 않았다.- Since the amount of water included in the “water-based conductive polymer” and added to the composition is greater than the amount of water required for hydrolysis of inorganic silane, additional water was not supplied.
[“조성물 6번” 계열 실시예와 비교예 - 가수분해 방법] Pedot-PSSA를 이용한 직접 가수분해법.[“Composition No. 6” series examples and comparative examples-hydrolysis method] Direct hydrolysis method using Pedot-PSSA.
① 무게를 측정한 2리터 반응 용기에 실시예와 비교예의 조성물 배합표에 따라서 1~4에 해당하는 원료를 순번에 따라서 투입하고 선속도 0.4 m/s의 속도로 교반을 한다.(A액)① Into a weighed 2-liter reaction container according to the composition table of Examples and Comparative Examples, the raw materials corresponding to 1 to 4 are put in order and stirred at a linear speed of 0.4 m/s. (A liquid)
② A액의 교반속도를 선속도 0.8m/s의 속도로 조정한 후에 Pedot-PSSA 수분산액 (Huclawn®N3, 휴브글로벌)을 250g 정량하여 “A액”에 천천히 투입한다.② After adjusting the stirring speed of Liquid A to a linear speed of 0.8m/s, quantify 250g of Pedot-PSSA aqueous dispersion (Huclawn®N3, Hub Global) and slowly add it to “Liquid A”.
③ 반응 용기를 잘 밀봉하고 상온에서 24시간 교반하여 가수분해를 진행한다.③ Seal the reaction container well and proceed with hydrolysis by stirring at room temperature for 24 hours.
④ 24시간 경과 후 조성물이 담겨있는 반응용기의 총 무게를 측정하고 손실된 중량만큼 에탄올(Ethanol)을 이용하여 보충한다.④ After 24 hours, measure the total weight of the reaction container containing the composition and supplement it with ethanol as much as the lost weight.
⑤ 다시 선속도 0.8m/s의 속도로 재교반을 진행하여 혼합한 후에 #300의 고은망으로 필터하여 플라스틱 용기에 포장한다.⑤ Again, proceed with re-agitation at a linear speed of 0.8 m/s to mix, filter with a #300 fine silver net, and pack in a plastic container.
[“조성물 6번” 계열 실시예와 비교예 - 건조 도막의 표면저항, 경도, 크랙 측정방법][“Composition No. 6” series Examples and Comparative Examples-Method of measuring surface resistance, hardness, and cracks of dry coating film]
- 두께 5mm, 크기 150 mm x 150 mm의 강화유리에 Baker Applicator YBA-3을 이용하여 12.5 μm의 두께(약 300nm)로 조성물을 코팅한다.- Coat the composition to a thickness of 12.5 μm (about 300 nm) using Baker Applicator YBA-3 on tempered glass with a thickness of 5 mm and a size of 150 mm x 150 mm.
- 80℃에서 10분 예비 가열하여 용제를 증발시킨다.- Evaporate the solvent by preliminary heating at 80℃ for 10 minutes.
- 120℃에서 1시간 가열하여 경화를 유도한다.- Induce hardening by heating at 120℃ for 1 hour.
- 이후 30분간 상온 방치하여 냉각 후 크랙, 연필경도, 표면저항을 측정한다.- Then leave it at room temperature for 30 minutes and measure cracks, pencil hardness, and surface resistance after cooling.
- 이후 120℃에서 1시간 간격으로 추가 가열을 진행하여, 연필경도와 크랙을 확인한다.- Thereafter, additional heating is performed at 120 ° C for 1 hour intervals, and pencil hardness and cracks are checked.
- 크랙이 발생하지 않는 경우, 80℃ 오븐에 코팅 시편을 보관하여 매 24시간 마다 크랙, 연필경도, 표면저항을 측정한다. - If cracks do not occur, store the coated specimen in an oven at 80 ° C and measure cracks, pencil hardness, and surface resistance every 24 hours.
(*Note: O=양호, △=미세크랙, X= 크랙 혹은 측정 불가)(*Note: O=good, △=fine crack, X=crack or not measurable)
(*Note: X = 측정불가, Over =측정범위 초과)(*Note: X = Unable to measure, Over = Exceeding the measurement range)
[“조성물 6번” 계열 실시예와 비교예 - 부착성 시험 방법][“Composition No. 6” Series Examples and Comparative Examples-Adhesion Test Method]
- 평균 두께 100μm의 PET film 위에 Baker Applicator YBA-3을 이용하여 12.5 μm의 두께(약 300nm)로 조성물을 코팅한다. - Coat the composition to a thickness of 12.5 μm (about 300 nm) using Baker Applicator YBA-3 on PET film with an average thickness of 100 μm.
- 80℃에서 10분 예비 가열하여 용제를 증발시킨다.- Evaporate the solvent by preliminary heating at 80℃ for 10 minutes.
- PET film의 열변형을 최소화 하기 위하여 100℃에서 1시간 가열하여 경화를 유도한다.- In order to minimize thermal deformation of PET film, heat it at 100℃ for 1 hour to induce hardening.
- 이후 상온(25℃)에서 72시간(3일) 동안 시편을 보관하여 후경화(Aging)를 유도한다. - Then, store the specimen at room temperature (25℃) for 72 hours (3 days) to induce post-curing (Aging).
- 눈금 2mm의 크로스커터(cross hatch cutter)로 컷팅후 ISO2409 규격의 부착시험용 테이프를 이용하여 부착력(100/100)을 시험한다.- Test the adhesion (100/100) using the ISO2409 standard adhesion test tape after cutting with a 2mm cross hatch cutter.
(*Note: X = 측정불가)(*Note: X = Unmeasurable)
[“조성물 6번” 계열 실시예와 비교예 - 조성물의 상온 저장안정성 시험 방법][“Composition No. 6” series Examples and Comparative Examples-room temperature storage stability test method of the composition]
- 두께 5mm, 크기 150 mm x 150 mm의 강화유리에 Baker Applicator YBA-3을 이용하여 12.5 μm의 두께(약 300nm)로 조성물을 코팅한다. - Coat the composition to a thickness of 12.5 μm (about 300 nm) using Baker Applicator YBA-3 on tempered glass with a thickness of 5 mm and a size of 150 mm x 150 mm.
- 80℃에서 10분 예비 가열하여 용제를 증발시킨다.- Evaporate the solvent by preliminary heating at 80℃ for 10 minutes.
- 120℃에서 1시간 가열하여 경화를 유도한다.- Induce hardening by heating at 120℃ for 1 hour.
- 제조한 조성물을 제조 직후부터 1주일 간격으로 4주간 7일간격으로 재코팅을 하여 120℃x 1 hr의 조건으로 가열 경화한다.- The prepared composition is re-coated at intervals of 1 week, 4 weeks and 7 days immediately after preparation, and cured by heating under conditions of 120 ° C x 1 hr.
- 각각의 시편에 대하여 “연필경도”와 “표면 저항”을 측정하여 조성물의 물성 변화를 측정한다.- Measure the change in physical properties of the composition by measuring “pencil hardness” and “surface resistance” for each specimen.
(*Note: X = 측정불가, Over =측정범위 초과)(*Note: X = Unable to measure, Over = Exceeding the measurement range)
[“비교예”와 “실시예”의 실험 결과][Experimental results of “Comparative Example” and “Example”]
① 전도성 고분자 수계분산물(Pedot-PSSA 수분산액)과 무기계 바인더인 실란계 화합물의 “가수분해된 조성물”을 제조함에 있어서, 4관능기인 TEOS를 사용하는 것보다, 알킬기가 치환된 3관능기의 실란계 무기물과 혼합하여 제조된 조성물은 탈수축합 반응성이 낮아서 “조성물”의“상온 저장성”이 우수하였다. ① In preparing a “hydrolyzed composition” of a conductive polymer aqueous dispersion (Pedot-PSSA aqueous dispersion) and an inorganic binder, a silane-based compound, rather than using a tetrafunctional TEOS, a trifunctional silane with an alkyl group substituted The composition prepared by mixing with the inorganic material had low dehydration condensation reactivity, so the "composition" had excellent "room temperature storage".
② 2관능기 DMDES가 포함된 조성물은 DMDES가 포함되지 않은 조성물과 비교하여 저장 안정성이 개선 되었다.② The composition containing the bifunctional group DMDES has improved storage stability compared to the composition without DMDES.
③ 4관능기인 TEOS에 2관능기인 DMDES을 혼합하여 가수분해한 조성물(비교예3)의 경우, 건조도막의 “크랙 방지” 효과는 “비교예4”에 비하여 뚜렷하게 개선되었으나, 건조 도막의 부착성을 개선하지는 못하였다.③ In the case of the hydrolyzed composition by mixing the tetrafunctional group DMDES with the tetrafunctional group TEOS (Comparative Example 3), the “crack prevention” effect of the dry film was significantly improved compared to “Comparative Example 4”, but the dry film adhesion could not improve.
④ “비교예1”과 비교하여 3관능기 실란에 DMDES를 포함하는 조성물(실시예)은 건조도막을 80℃에 노출하여 후경화(가열경화)를 진행하여도 건조도막의 경시변화가 거의 발생하지 않았다.④ Compared to “Comparative Example 1,” the composition containing DMDES in the trifunctional silane (Example) hardly changes the dry film over time even after post-curing (heat curing) by exposing the dry film to 80 ° C. did not
⑤ 3관능기 실란(2-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시 실란, 2-3,4ECHETES) 단독 사용의 조성물(비교예1)보다 3관능기 실란과 DMDES 혼합 조성물(실시예)의 건조도막이 더욱 안정하였으며, 이때 안정적인 혼합 비율의 범위는 가교도 기준으로 2,7이상 2.9이하라고 볼 수 있다. 더 바람직하게는 2.8의 범위가 안정적이다. ⑤ Trifunctional silane (2- (3,4 epoxycyclohexyl) ethyltriethoxy silane, 2-3,4 ECHETES) Drying of trifunctional silane and DMDES mixed composition (Example) than composition using alone (Comparative Example 1) The coating film was more stable, and at this time, the range of stable mixing ratio can be seen as 2.7 or more and 2.9 or less based on the degree of crosslinking. More preferably, the range of 2.8 is stable.
본 발명은 상술한 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니다. 따라서, 청구 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments. Therefore, various forms of substitution, modification, and change will be possible by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention described in the claims, which also falls within the scope of the present invention. something to do.
Claims (9)
상기 바인더는 2관능기 실란과 3관능기 실란이 혼합되고,
산성 수계 전도성 고분자 분산액이 촉매 역할을 하는 것을 특징으로 하는 수계 대전방지용 고경도 조성물Including acidic water-based conductive polymer dispersions, binders and solvents,
The binder is a mixture of bifunctional silane and trifunctional silane,
Water-based antistatic high-hardness composition, characterized in that the acidic aqueous conductive polymer dispersion acts as a catalyst
상기 혼합액에 산성 수계 전도성 고분자 분산액을 첨가하여 가수분해하는 가수분해단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수계 대전방지용 고경도 조성물의 제조방법A mixing step of preparing a mixed solution by mixing 2-(3,4epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane (2-3,4ECHETES) and dimethyldiethoxysilane (DMDES) in a solvent, and
Method for producing a water-based antistatic high-hardness composition comprising a hydrolysis step of hydrolyzing by adding an acidic aqueous conductive polymer dispersion to the mixed solution
상기 가수분해 단계는 24시간이상 진행하는 것을 특징으로 하는 수계 대전방지용 고경도 조성물의 제조방법
According to claim 8,
Method for producing a water-based antistatic high-hardness composition, characterized in that the hydrolysis step proceeds for more than 24 hours
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JP2014038341A (en) * | 2007-05-18 | 2014-02-27 | Essilor Internatl Co Generale & D'optique | Curable coating composition providing antistatic abrasion-resistant coated article |
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