KR20020011575A - Thermoset Hard Coating Composition Prepared Using Metal Alkoxide Silane - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 졸-겔 공정에 의하여 제조되는 열경화성 하드 코팅 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 폴리실록산 성분을 함유하여 코팅시 우수한 습윤성 및 높은 경도를 갖는 코팅막을 형성시키는 열경화성 하드 코팅 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a thermosetting hard coating composition prepared by a sol-gel process, and more particularly to a thermosetting hard coating composition containing a polysiloxane component to form a coating film having excellent wettability and high hardness upon coating.
플라스틱은 경량성, 우수한 내충격성 및 가공성으로 인하여 널리 이용되고 있는 소재인 반면, 표면경도가 낮고, 내후성 및 내약품성이 좋지 않은 문제점을 갖고 있기 때문에 이를 개선하는 기술개발의 필요성이 크게 요구되고 있는 실정이다. 따라서, 플라스틱의 표면에 각종 코팅제를 적용함으로써 플라스틱 고유의 물성을 유지하면서도 상기 문제점을 해결하고자 하는 연구가 진행되어 왔다.Plastic is widely used due to its light weight, excellent impact resistance and processability, but has a problem of low surface hardness and poor weather resistance and chemical resistance. to be. Therefore, research has been conducted to solve the above problems while maintaining the inherent physical properties of the plastic by applying various coatings on the surface of the plastic.
한편, 유기 실란(silane)을 주성분으로 하여 제조되는 실리콘계 코팅제는 우수한 화학적, 물리적 및 전기적 특성을 지니고 있기 때문에, 전기, 전자, 항공산업, 건축자재 등의 다양한 분야에 걸쳐 적용되고 있다.On the other hand, since the silicone-based coating agent prepared mainly from the organic silane (silane) has excellent chemical, physical and electrical properties, it has been applied to various fields such as electrical, electronic, aviation industry, building materials.
특히, 열경화 코팅은 코팅된 표면에서의 경도를 가능한 크게 할 수 있고 내후성 및 습윤성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 내화학성을 증가시키는 특성이 있으므로 전기, 전자 및 항공공업용 플라스틱에 주로 많이 응용되고 있다. 이와 같은 하드 코팅제로 국내 특허공개번호 제99-75175호는 전도성 고분자 수용액 및 실리카졸 용액을 적절한 비율로 혼합하여 제조되며, 투명성 및 전도성을 모두 만족하는 고분자 하드 코팅 조성을 개시하고 있으며, 상기 조성물을 유리 또는 합성수지 필름과 같은 투명 기질 상에 코팅할 경우 우수한 전도도, 투명도 및 5∼8H의 막 경도 특성을 가지고, 전자파 차폐 및 대전 방지용의 용도로 적용될 수 있는 고분자 하드 코팅막을 형성시킬 수 있음을 개시하고 있다. 상기 발명은 전도성 고분자 수용액 및 실리카졸 용액을 특정 비율로 혼합함으로써 우수한 전도성 및 막 특성을 얻을 수 있을 수 있으나, 실리카 졸의 구성성분인 테트라에톡시실란(TEOS)을 단독으로 사용할 경우에는 접착력, 막 경도, 외관, 젖음성(wettability) 등의 막 조건을 모두 만족시키기는 곤란하였다. 국내 특허공개번호 제2000-19871호는 수용성 도전성 고분자 용액, 실리카졸의 원료인 테트라에톡시실란, 및 알콜용매를 적절한 비율로 혼합하여 제조하는 도전성 유기-무기 하이브리드 코팅액의 제조방법을 개시하고 있다. 상기 발명 역시 테트라에톡시실란을 단독으로 사용하고 있을 뿐이므로 막 특성이 만족스럽지 않았다. 또한, 국내 특허공개 번호 제99-61673호는 아크릴 주쇄에 하이드록시기 및 가수분해성 실릴기를 함유한 공중합체, 아크릴 주쇄에 카르복실기 및 아민기를 소량 함유한 공중합체, 및 가열성 경화제를 포함시켜 내후성, 내약품성, 부착성, 방식성, 저장안정성 및 내오염성이 우수한 열결화성 실리콘 가교형 수지조성물을 개시하고 있다. 그러나, 상기 발명은 복수의 중합단계를 포함하고 있으며, 구성성분의 중합단계가 복잡한 단점을 가지고 있다.In particular, thermosetting coatings are mainly applied to plastics for the electrical, electronic and aviation industries because they can increase the hardness on the coated surface as much as possible, greatly improve weather resistance and wettability, as well as increase chemical resistance. have. As such a hard coating agent, Korean Patent Publication No. 99-75175 is prepared by mixing a conductive polymer solution and a silica sol solution in an appropriate ratio, and discloses a polymer hard coating composition satisfying both transparency and conductivity, Or when coating on a transparent substrate such as a synthetic resin film has excellent conductivity, transparency and film hardness of 5 to 8H, it is disclosed that it can form a polymer hard coating film that can be applied for electromagnetic shielding and antistatic applications . In the present invention, excellent conductivity and membrane properties may be obtained by mixing the conductive polymer aqueous solution and the silica sol solution at a specific ratio, but when tetraethoxysilane (TEOS), which is a component of the silica sol, is used alone, adhesion and membrane It was difficult to satisfy all the film conditions such as hardness, appearance, and wettability. Korean Patent Publication No. 2000-19871 discloses a method for producing a conductive organic-inorganic hybrid coating liquid prepared by mixing a water-soluble conductive polymer solution, tetraethoxysilane as a raw material of silica sol, and an alcohol solvent in an appropriate ratio. Since the said invention only uses tetraethoxysilane independently, the film | membrane characteristic was not satisfactory. In addition, Korean Patent Publication No. 99-61673 discloses a weather resistance by including a copolymer containing a hydroxy group and a hydrolyzable silyl group in an acrylic main chain, a copolymer containing a small amount of a carboxyl group and an amine group in an acrylic main chain, and a heat curing agent. Disclosed is a thermosetting silicone crosslinkable resin composition excellent in chemical resistance, adhesion, corrosion resistance, storage stability, and stain resistance. However, the present invention includes a plurality of polymerization stages, and the polymerization stage of the components has a complicated disadvantage.
일반적으로 열경화 코팅제의 조건으로는 (1) 코팅 표면의 표면 경도가 크게 향상되어야 하고, (2) 도막 물질이 플라스틱과 견고하게 부착, 결합하여 도막표면의 내후성 및 내약품성이 향상되어야 한다. 그러나, 열경화 코팅막으로 사용되는 막은 주로 고분자 수지 계통으로 이루어지기 때문에 장시간 장착시 발생되는 내구성 및 내마모성 저하의 문제가 대두되어 사용이 제한되는 경우가 다수이다. 상기와 같은 단점을 보완하기 위하여, 1) 피도체에 따른 하드 코팅제의 경도 및 특성을 고려하여 2, 3, 4 관능기의 실란의 비율을 적절히 조절하는 방법, 2) 실란 화합물의 유기기 및 알콕시기 종류의 촉매를 열경화성 하드코팅제의 기본조성으로 하는 방법, 및 3) 경화촉매, 희석제 레벨링제, 계면활성제, UV 흡수제 등을 첨가하여 도막의 물성을 조절하는 방법 등이 개발되어 적용되어 왔다. 그러나, 상기 1)의 방법은 코팅 도막의 강도가 향상되고 막이 치밀하여 견고한 표면 특성을 나타낼 수는 있으나, 유연성이 저하되는 문제가 있으며, 각각의 관능기를 조절하기 위하여는 공정상의 어려움이 많다. 또한, 상기 2)의 방법은 유기계 촉매를 사용하는 것에 비하여 작업성 및 보관성 등의 안정성이 우수한 열경화성 하드 코팅제를 얻을 수는 있으나 내구성에 문제가 있다. 상기 3)의 방법은 열경화성 하드 코팅제의 물성은 향상시킬 수 있으나 여러 가지 첨가제를 사용해야 하기 때문에 경제성이 취약하다는 단점을 지니고 있다.In general, the conditions of the thermosetting coating agent (1) the surface hardness of the coating surface should be greatly improved, and (2) the coating material should be firmly attached and bonded to the plastic to improve the weather resistance and chemical resistance of the coating surface. However, since the film used as the thermosetting coating film mainly consists of a polymer resin system, there are many cases in which the use of the thermosetting coating film is limited due to problems of durability and abrasion resistance that occur when mounted for a long time. In order to compensate the above disadvantages, 1) a method of properly adjusting the ratio of the silane of the 2, 3, 4 functional group in consideration of the hardness and properties of the hard coating agent according to the subject, 2) the organic group and the alkoxy group of the silane compound A method of making a kind of catalyst a basic composition of a thermosetting hard coating agent, and 3) a method of controlling physical properties of a coating film by adding a curing catalyst, a diluent leveling agent, a surfactant, and a UV absorber have been developed and applied. However, in the method of 1), although the strength of the coating film is improved and the film is dense, the surface property can be firmly exhibited, but there is a problem in that the flexibility is lowered, and there are many process difficulties in order to control each functional group. In addition, the method of 2) can obtain a thermosetting hard coating having excellent stability, such as workability and storage property, compared to using an organic catalyst, but has a problem in durability. The method of 3) may improve the physical properties of the thermosetting hard coating agent, but has a disadvantage in that it is economically poor because various additives must be used.
따라서, 최근에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무기물 코팅을 통한 경도, 내후성 및 접착성을 갖는 열경화성 수지 및 코팅공정 개발에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 그 중에서 가장 각광받고 있는 분야는 졸-겔법에 의해제조된 열경화성 하드 코팅막이다. 그러나, 졸-겔법에 의하여 제조되는 열경화성 코팅제는 용액 내 촉매의 종류 및 양, 사용된 실란 화합물의 종류 및 관능기의 종류, 농도 및 산도 등에 의하여 영향을 받아 가수분해 속도가 달라지기 때문에 최종 수지의 성질 및 용액의 저장성이 크게 달라진다.Therefore, recently, in order to solve the above problems, research on the development of a thermosetting resin and a coating process having hardness, weather resistance, and adhesiveness through inorganic coating has been continuously conducted. The most prominent field is the thermosetting hard coating film produced by the sol-gel method. However, since the thermosetting coating prepared by the sol-gel method is affected by the type and amount of the catalyst in the solution, the type of the silane compound used, the type of the functional group, the concentration and the acidity, and the like, the properties of the final resin are different. And the shelf life of the solution varies greatly.
따라서, 최상의 물성을 얻기 위하여 상기 여러 인자를 적절히 조절하여 저장안정성이 우수한 화합물을 제조할 수 있는 기술이 시급히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need for a technique capable of preparing a compound having excellent storage stability by appropriately adjusting the various factors in order to obtain the best physical properties.
이에 대하여, 본 발명자는 물, 유기용매, 콜로이드 실리카 및 가수분해 촉매의 존재 하에서 금속 알콕사이드 실란 화합물을 가수분해시키고, 축중합시켜 얻어진 하드 코팅 조성물을 개발하게 되었으며, 상기 코팅 조성물을 폴리카보네이트 쉬트(sheet) 또는 메틸메타아크릴레이트(PMMA) 수지에 적용할 경우 접착력, 막 경도, 외관 등의 특성이 우수한 하드 코팅막을 얻을 수 있음을 발견하였다.In contrast, the present inventors have developed a hard coating composition obtained by hydrolyzing and polycondensing a metal alkoxide silane compound in the presence of water, an organic solvent, colloidal silica, and a hydrolysis catalyst, wherein the coating composition is a polycarbonate sheet. Or a methyl methacrylate (PMMA) resin, it was found that a hard coating film having excellent properties such as adhesion, film hardness, and appearance can be obtained.
따라서, 본 발명의 목적은 저장 안정성이 좋고, 비교적 간단한 제조 공정에 의하여 제조될 수 있는 열경화성 하드 코팅 조성물을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermosetting hard coating composition having good storage stability and which can be prepared by a relatively simple manufacturing process.
본 발명의 다른 목적은 피도체에 코팅시 우수한 습윤성 및 높은 경도를 갖는 열경화성 코팅막을 형성시키는 열경화성 하드 코팅 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a thermosetting hard coating composition which forms a thermosetting coating film having excellent wettability and high hardness when coated on a subject.
상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 열경화성 하드코팅 조성물은 최종 조성물의 총중량을 기준으로, 하기 화학식 1로 표시되는 금속알콕사이드 실란 화합물 15∼40 중량%, 콜로이드 실리카 15∼30 중량%, 유기 용매 30∼60 중량%, 물 10∼40 중량%, 및 가수분해 촉매 0.01∼8 중량%를 혼합하여 가수분해시킨 다음 축중합시킴으로써 제조된다:In order to achieve the above and other objects, the thermosetting hard coating composition of the present invention is based on the total weight of the final composition, 15 to 40% by weight of the metal alkoxide silane compound represented by Formula 1, 15 to 30% by weight of colloidal silica, organic Prepared by mixing and hydrolyzing 30 to 60% by weight of solvent, 10 to 40% by weight of water and 0.01 to 8% by weight of hydrolysis catalyst followed by condensation polymerization:
화학식 1Formula 1
상기 화학식에서 R 및 R'는 수소, 알킬기, 히드록시기, 페닐기또는 산소원자함유치환기이고; R 또는 R'는 동일화합물로 치환될 수 있고; 그리고 R"는 C10이하인 알킬기이다.R and R 'in the formula are hydrogen, alkyl group, hydroxy group, phenyl group or oxygen atom containing substituent group; R or R 'may be substituted with the same compound; And R ″ is an alkyl group having no more than C 10 .
이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail.
보다 구체적으로 본 발명의 열경화성 하드 코팅조성물은 금속 알콕사이드 실란 화합물을 유기용매, 물, 콜로이드 실리카 및 가수분해 촉매의 존재 하에서 상온에서 1∼2시간 동안 가수분해시킨 다음, 40∼80℃의 온도범위에서 2∼4시간 동안 축중합반응시켜 제조되며, 최종적인 하드 코팅 조성물의 총중량을 기준으로 15∼40 중량%의 금속 알콕사이드 실란 화합물, 30∼60 중량%의 유기용매, 10∼40 중량%의 물, 20∼35 중량%의 콜로이드 실리카 및 0.01∼8 중량%의 가수분해 촉매가 사용된다. 상기 과정에서, 최종적으로 얻어지는 하드 코팅 조성물은 피도체에 대한 도포에 적합한 실리카-졸 상태로 존재하게 된다. 상기 가수분해 및 축중합 반응의 일 구체예를 하기 반응식과 같이 나타낼 수 있다.More specifically, the thermosetting hard coating composition of the present invention hydrolyzes the metal alkoxide silane compound for 1 to 2 hours at room temperature in the presence of an organic solvent, water, colloidal silica, and a hydrolysis catalyst, and then, in the temperature range of 40 to 80 ° C. Prepared by condensation polymerization for 2 to 4 hours, based on the total weight of the final hard coating composition, 15 to 40% by weight of the metal alkoxide silane compound, 30 to 60% by weight of organic solvent, 10 to 40% by weight of water, 20 to 35% by weight colloidal silica and 0.01 to 8% by weight hydrolysis catalyst are used. In this process, the resulting hard coating composition is present in a silica-sol state suitable for application to the subject. One specific example of the hydrolysis and polycondensation reaction can be represented by the following scheme.
반응식Scheme
상기 반응식에서 R"는 화학식 1의 내용과 동일하다.R ″ in the above scheme is the same as that of formula (1).
본 발명에서 사용되는 금속 알콕사이드 실란 화합물의 대표적인 예로는 테트라에톡시실란(TEOS), 메틸트리메톡시실란(MTMS) 등이 있으며, 최종 조성물의 총중량을 기준으로 15∼40 중량%, 바람직하게는 20∼35 중량%를 사용한다. 금속 알콕사이드 실란 화합물의 양이 15 중량% 미만이면 얻고자 하는 효과를 달성할 수 없으며, 40 중량%를 초과하면 열경화 도막의 물성이 크게 저하되므로 바람직하지 못하다.Representative examples of the metal alkoxide silane compound used in the present invention include tetraethoxysilane (TEOS), methyltrimethoxysilane (MTMS), etc., and 15 to 40% by weight, preferably 20 based on the total weight of the final composition. 35 weight% is used. If the amount of the metal alkoxide silane compound is less than 15% by weight, the desired effect cannot be achieved. If the amount of the metal alkoxide silane compound is greater than 40% by weight, the physical properties of the thermosetting coating film are greatly reduced, which is not preferable.
열경화성 하드코팅 조성물에 사용되는 유기 용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜, 클로로포름, 톨루엔, 벤젠, 헥산 또는 이들의 혼합물 등의 당업계에서 통상적으로 알려져 있는 종류를 들 수 있으며, 상기 열거된 종류에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 유기용매의 사용량은 최종 조성물의 총중량을 기준으로 30∼60 중량%, 바람직하게는 40∼54 중량% 범위이다. 유기용매가 최종 조성물 내에서 30 중량% 미만으로 사용될 경우에는 퍼짐성이 저하되어 도포가 곤란하고, 60 중량%를 초과할 경우에는 생성된 도막이 흐려지는 문제가 있다.Organic solvents used in thermosetting hard coating compositions include those commonly known in the art, such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, chloroform, toluene, benzene, hexane, or mixtures thereof. It is not limited. At this time, the amount of the organic solvent used is 30 to 60% by weight, preferably 40 to 54% by weight based on the total weight of the final composition. When the organic solvent is used in less than 30% by weight in the final composition, the spreadability is lowered, the coating is difficult, and when the organic solvent exceeds 60% by weight there is a problem that the resulting coating film becomes cloudy.
또한, 상기 가수분해 촉매로는 당업계에서 공지된 통상의 촉매를 사용할 수 있으며, 상기 촉매의 대표적인 예로는 염산, 질산, 황산, 아세트산, 또는 이들의 혼합물 등이 있다.In addition, as the hydrolysis catalyst, a conventional catalyst known in the art may be used, and representative examples of the catalyst include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, or a mixture thereof.
상기 콜로이드 실리카로는 5∼40㎛ 입자 직경의 실리카 미립자를 10∼40% 함유하는 수성 콜로이드 실리카 분산액을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 최종 하드 코팅 조성물의 총중량을 기준으로 15∼35 중량%, 바람직하게는 20∼30 중량% 범위이다. 이때, 콜로이드 실리카의 사용량이 15 중량% 미만인 경우에는 피도체에 도포하여 경화시킨 후의 도막 표면의 경도가 현저하게 감소하고, 35 중량%를 초과할 경우에는 도막 생성 시 크랙(crack)이 발생하는 문제가 있다.As the colloidal silica, an aqueous colloidal silica dispersion containing 10 to 40% of silica particles having a particle diameter of 5 to 40 μm may be used, and the amount of the colloidal silica is 15 to 35% by weight, preferably based on the total weight of the final hard coating composition. Is in the range of 20 to 30% by weight. In this case, when the amount of colloidal silica is less than 15% by weight, the hardness of the surface of the coating film after coating and curing is significantly reduced, and when it exceeds 35% by weight, cracks occur when the coating film is generated. There is.
또한, 물은 상기 조성물의 총중량을 기준으로 10∼40 중량%, 바람직하게는 15∼35 중량% 범위로 사용된다. 물이 10 중량% 미만으로 사용될 경우에는 충분한 분자량을 갖는 물질이 생성되지 못하고, 40 중량%를 초과하면 분자량이 너무 증가하여 겔화가 일어난다.In addition, water is used in the range of 10 to 40% by weight, preferably 15 to 35% by weight, based on the total weight of the composition. When water is used at less than 10% by weight, a substance having a sufficient molecular weight cannot be produced, and when 40% by weight is exceeded, the molecular weight increases too much to cause gelation.
상기 하드 코팅 조성물의 제조 공정은 간단하며 저장 안정성이 우수하다. 또한, 상기 조성물을 사용하여 코팅된 폴리카보네이트 쉬트(sheet), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 수지는 높은 표면 경도를 가지며, 동시에 장기간 사용할 수 있는 내후성, 내화학성이 및 습윤성이 우수한 장점을 갖는다.The manufacturing process of the hard coating composition is simple and has excellent storage stability. In addition, the polycarbonate sheet, polymethyl methacrylate (PMMA) resin coated using the composition has a high surface hardness, and at the same time has the advantage of excellent weather resistance, chemical resistance and wettability that can be used for a long time.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여, 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.The present invention can be more clearly understood by the following examples, which are only intended to illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the invention.
실시예 1Example 1
교반기가 부착된 삼구 플라스크 반응기에서, 알드리치사(Aldrich Chem. Co.)의 테트라에톡시실란(TEOS) 화합물 45중량% 및 에탄올 55 중량%로 이루어진 용액 A 중에서 51 중량부를 25℃의 온도를 유지하면서 약 20분 동안 교반하는 과정에서, 24 중량부의 콜로이드 실리카로 5∼40㎛ 입자 직경의 실리카 미립자를 30 중량%로 함유하는 수성 콜로이드 실리카 분산액을 첨가, 혼합하였다. 상기 혼합물에 물 20 중량부 및 아세트산 5 중량부를 잘 교반하면서 약 1시간 동안 적가한 후에 상온에서 약 1 시간 동안 교반하면서 가수분해시켰고, 60℃에서 약 2시간 동안 축중합 반응시켜 실리카-졸 상태의 용액 B를 제조하였다.In a three-necked flask reactor with a stirrer, 51 parts by weight in solution A consisting of 45% by weight of tetradoxysilane (TEOS) compound of Aldrich Chem. Co. and 55% by weight of ethanol was maintained at a temperature of 25 ° C. In the course of stirring for about 20 minutes, an aqueous colloidal silica dispersion containing 30% by weight of silica particles having a particle diameter of 5 to 40 µm was added and mixed with 24 parts by weight of colloidal silica. 20 parts by weight of water and 5 parts by weight of acetic acid were added dropwise to the mixture for about 1 hour with good stirring, followed by hydrolysis while stirring at room temperature for about 1 hour, and condensation polymerization at 60 ° C. for about 2 hours to give a silica-sol state. Solution B was prepared.
실시예 2∼8Examples 2-8
상기 실시예 1에서 성분들의 조성 및 배합비를 하기 표 1과 같이 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 다양한 열경화성 하드 코팅용 수지 조성물을 제조하였다.Except for changing the composition and blending ratio of the components in Example 1 as shown in Table 1 was carried out in the same manner as in Example 1, to prepare a variety of thermosetting hard coating resin compositions.
비교실시예 1Comparative Example 1
테트라에톡시 실란(Aldrich Chem. Co.) 및 에탄올을 7 : 93의 중량비로 혼합하여 30분 정도 교반한 후에 염산을 0.5 중량% 첨가한 다음 16시간 동안 교반시켜 실리카-졸 용액을 얻었다.Tetraethoxy silane (Aldrich Chem. Co.) and ethanol were mixed at a weight ratio of 7:93, stirred for about 30 minutes, and then 0.5% by weight of hydrochloric acid was added, followed by stirring for 16 hours to obtain a silica-sol solution.
비교실시예 2Comparative Example 2
메틸트리메톡시 실란(Aldrich Chem. Co.)을 사용한 것 이외에는 비교실시예 1과 동일한 실험 조건에서 실시하여 실리카-졸 용액을 얻었다.A silica-sol solution was obtained under the same experimental conditions as in Comparative Example 1 except that methyltrimethoxy silane (Aldrich Chem. Co.) was used.
비교실시예 3Comparative Example 3
최종 생성물 중량을 기준으로 테트라에톡시 실란(Aldrich Chem. Co.) 30 중량% 및 에탄올 70 중량%를 약 1시간 동안 혼합한 후에, 물 1 중량%와 염산 1 중량%를 미리 혼합한 용액에 첨가 혼합하였다. 그 다음, 혼합물을 밀폐 상태로 24시간 동안 교반시켜 가수분해 및 중합 반응을 충분히 진행시켜 열경화성 하드 코팅 조성물을 제조하였다.After mixing 30% by weight of tetraethoxy silane (Aldrich Chem. Co.) and 70% by weight of ethanol for about 1 hour based on the final product weight, 1% by weight of water and 1% by weight of hydrochloric acid are added to the premixed solution. Mixed. Then, the mixture was stirred in a closed state for 24 hours to sufficiently proceed the hydrolysis and polymerization reaction to prepare a thermosetting hard coating composition.
실시예 4Example 4
물성의 평가Evaluation of physical properties
상기 실시예 1∼8 및 비교실시예 1∼3의 열경화성 하드 코팅제를 각각 3㎜ 두께. 10㎝×10㎝ 크기의 투명 폴리카보네이트 쉬트 상에 10㎝/min의 인상 속도로 디핑법을 이용하여 코팅한 다음, 상온에서 약 5∼10분 동안 상온에서 건조시켰고, 130℃의 가열로에서 약 20∼30분 동안 열처리하였다. 그 다음, 상온에서 자연 냉각하여 폴리카보네이트판 위에 열경화성 하드 코팅 막을 형성시켰다.The thermosetting hard coating agents of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 were each 3 mm thick. A 10 cm × 10 cm sized transparent polycarbonate sheet was coated using a dipping method at a pulling speed of 10 cm / min, then dried at room temperature for about 5 to 10 minutes, and then heated at about 130 ° C. in a heating furnace. Heat treatment was performed for 20-30 minutes. Then, natural cooling at room temperature to form a thermosetting hard coating film on the polycarbonate plate.
상기와 같이 하드코팅 처리된 폴리카보네이트 시편의 물리적 특성을 하기 항목 및 방법으로 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 측정항목 및 측정방법은 다음과 같다.The physical properties of the hard-coated polycarbonate specimen as described above were measured by the following items and methods, and the results are shown in Table 2 below. Measurement items and measuring methods are as follows.
막의 상태: 시편 상의 코팅막 표면 상태를 코팅 균질도, 헤이즈(haze) 또는 크랙(crack)발생 등에 주시하여 육안으로 조사하였으며, 대단히 양호 (◎), 양호(○), 보통(△) 및 불량(×)으로 구분하여 나타내었다.The state of the film: The surface condition of the coating film on the specimen was visually investigated by considering the coating uniformity, haze or crack generation, and was very good (◎), good (○), normal (△) and poor (× And separated by).
표면 경도 : 9H-H, F, HB, B-6B등의 경도를 지닌 연필을 이용하여 일정한 하중 하에서 제조된 도막의 상측을 향하도록 놓은 다음, 약 45° 각도로 연필을 붙잡고 일정한 속도로 밀어 실험하였다.Surface Hardness: Using the pencil with hardness of 9H-H, F, HB, B-6B, etc., place it face up the manufactured film under constant load, and then hold the pencil at about 45 ° and push it at a constant speed. It was.
접착력 : 시편의 표면에 2㎜ 간격으로 100개의 바둑판 눈금을 만들고, 그 위에 셀로판 점착 테이프를 충분히 압착하여 90°방향으로 한번에 당겨 기재와 도막사이의 상대적 박리 상태를 검사하였다.Adhesive force: 100 checkerboard scales were made on the surface of the specimen at 2 mm intervals, and then the cellophane adhesive tape was sufficiently pressed and pulled in 90 ° direction at once to examine the relative peeling state between the substrate and the coating film.
상기 표에서 알 수 있듯이, 비교예 1 및 2와 같이 금속 알콕사이드 실란 화합물에 단순히 물, 유기용매 및 산촉매를 첨가하여 가수분해 및 축중합시킨 하드코팅조성물은 젖음성(wettability)은 양호하였으나, 접착력 및 외관 면에서 실시예 1∼8에 비하여 좋지 않았으며, 연필경도 역시 동등 이하임을 알 수 있었다. 또한, 비교예 3은 콜로이드 실리카를 포함하지 않은 하드 코팅 조성물을 사용할 경우에는 실시예 1∼8에 비하여 피도체와의 접착력이 저하됨을 알 수 있었다.As can be seen from the table, as in Comparative Examples 1 and 2, the hard coating composition hydrolyzed and condensed by simply adding water, an organic solvent and an acid catalyst to the metal alkoxide silane compound had good wettability, but adhesion and appearance. It was not good compared with Examples 1-8 in terms of surface, and it turned out that pencil hardness is also equal or less. In addition, in Comparative Example 3, when the hard coating composition containing no colloidal silica was used, it was found that the adhesive strength with the subject was lowered as compared with Examples 1 to 8.
본 발명의 금속 알콕사이드 실란 화합물 및 콜로이드 실리카 화합물을 포함하는 열경화성 하드 코팅용 조성물은 제조 공정이 간편하고 저장안정성이 우수할 뿐 아니라, 폴리카보네이트 수지와 같은 피도체에 코팅 처리할 경우 접착력 및 우수한 경도를 가지는 도막을 형성한다.The thermosetting hard coating composition comprising the metal alkoxide silane compound and the colloidal silica compound of the present invention is not only easy to manufacture and excellent in storage stability, but also has excellent adhesion and hardness when coated on a coating such as a polycarbonate resin. The branches form a coating film.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications and variations of the present invention can be readily used by those skilled in the art, and all such variations or modifications can be considered to be included within the scope of the present invention.
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