KR20030017311A

KR20030017311A - 근적외선 차단 성능이 우수한 자외선 경화형 투명 수지조성물 및 그 피막

Info

Publication number: KR20030017311A
Application number: KR1020020021446A
Authority: KR
Inventors: 김영희; 정덕규; 장진호
Original assignee: 주식회사 옴니켐
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-03-03

Abstract

본 발명은 근적외선 차단 성능이 우수한 자외선 경화형 투명 수지 조성물 및 그 피막에 관한 것으로, 자외선 경화형 투명수지 100중량부, 금속산화물 분말 10 내지 40중량부, 구리화합물 0.01 내지 10중량부로 이루어진다.

본 발명의 피막은 근적외선(780~1800nm)을 효율적으로 흡수하고, 가시광선(380~780nm)을 효율적으로 투과하는 특성을 가지므로, 냉난방 효율의 개선에 효과적이다. 또한, 여름철 태양빛의 적외선 차단효과에 의해 대폭적인 냉방용 전력절감 효과를 발휘하고, 겨울철에는 실내의 보온효과가 높은 투명피막으로서 이용할 수 있다.

Description

근적외선 차단 성능이 우수한 자외선 경화형 투명 수지 조성물 및 그 피막 {Composition of infrared ray cutoff coating materials}

본 발명은 근적외선 차단 성능이 우수한 자외선 경화형 투명 수지 조성물 및 그 피막에 관한 것이다.

종래의 투명피막은 가시영역의 빛에 대하여 투명성(투과성)이 있고, 적외영역의 빛에 대해서는 반사성인 적외선 차단기능을 보유하며, 다음과 같은 것들이 알려져 있다. (a) 주석이 도핑된 산화인듐 화합물인 인듐틴옥사이드 (이하 ITO라고 약칭함)의 박막을 물리증착, 화학증착,또는 스패터링 등의 기상법에 의해 유리기판 위에 형성한 것, (b) 프탈로시아닌계, 안트라퀴논계, 나프토퀴논계, 시아닌계, 나프타르시아닌계, 고분자축합아조계, 피롤계 등의 유기색소형 근적외 흡수제이거나, 또는 디티오올계, 메르카프토 나프토올계 등의 유기금속착염을 유기용매와 유기바인더를 사용하여 잉크화 하여서 기판에 도공하거나, 혹은 수지에 혼합하여 피막화해서 기판 위에 적층한 것, (c) 유기바인더(폴리염화비닐, 아크릴수지 등)와 적외선 차단능력을 보유하는 입경 0.02 내지 0.2㎛의 Sn0₂미분말에 유기용제 (케톤계, 방향족계 등)와 미량의 분산제 (음이온계 계면활성제)를 첨가하여 조제한 도료를 베이스체에 도포하고, 적외선 흡수성의 피막을 형성한 것들이다.

그러나, (a)에 대해서는 고진공과 정밀도가 높은 분위기제어가 필요한 장치를 사용해야 되기 때문에 비용이 높아질 뿐 아니라, 피막의 크기, 형상에도 제한이 있다. 그 뿐 아니라, 양산성이 나쁘고, 범용성에 약하다는 등의 문제점도 있다. (b)에 대해서는 (a)의 문제점은 해결되기는 하지만 가시영역의 빛의 투과율이 낮고, 어두운 갈색에서 어두운 청색의 농후한 착색을 하고 있을 뿐만 아니라, 대부분은 690 내지 1000nm 정도의 한정된 근적외선 영역의 적외선 흡수이기 때문에, 예를 들면 하우징의 일반창문, 일광욕실(Sunroom)의 지붕부재, 벽부재 등으로 이용했을 경우에는 창문이나 유리를 통하여 실내외의 시인성(視認性)이 나쁘고, 색조로부터 받는 미관성에도 뒤떨어질 뿐만 아니라 실내의 냉난방효과도 불충분하다는 등의 문제점이 있다. (c)에 대해서는 이 피막에 의해 충분한 적외선 차단기능을 발현시키기 위해서는 막 두께를 12㎛이상으로 하여 핫프레스 처리를 할 필요가 있다. 이와 같은 막 두께가 되면 가시광에 대한 광투과율이 50 내지 60% 정도로 낮게 되어서 투명성이 저해된다.

이들 문제점에 감안하여, (d) 특수한 조건에서 제조된 입경 0.2㎛ 이하인 ITO 분말로 이루어진 근적외선 흡수 물질이 개발되었고 개선되었다. (예를 들어,US 5,518,810). 그러나, ITO 분말을 과량 사용한 적외선 차단제는 첫째, ITO분말의 가격이 높기 때문에 생산비용이 높고, 둘째, ITO분말의 특성상 과량 사용시 가시영역에서 투명도가 저하하는 문제점이 있다. 따라서 상기의 문제점을 해결하여 시장의 요구에 부응하는 뛰어난 적외선 흡수성능을 가지며, 생산비용이 낮으며, 가시영역에서의 투명도가 우수한 근적외선 흡수제 및 그 피막의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하고, 뛰어난 적외선 흡수성능을 가지며, 생산비용이 낮으며, 투명도가 우수한 적외선 흡수제 및 그 피막을 제공하고자 한다.

도 1은 실시예 1 및 비교 예의 UV-VIS-NIR 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 근적외선 차단 성능이 우수한 자외선 경화형 투명 수지 조성물 및 그 피막을 제공한다. 본 발명의 조성물은 자외선 경화형 투명수지, 금속산화물 분말, 구리화합물로 이루어진 근적외선 흡수제 및 상기 조성물로 이루어짐을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 조성물로 이루어진 피막을 제공한다.

ITO 분말을 과량 사용하는 종래의 기술에서는 근적외선 영역뿐만 아니라, 가시영역의 파장을 일부 흡수하게 되어 투명도가 낮아지고 색상을 띄게 된다. ITO 분말의 가격 또한 고가이기 때문에 생산비용도 높아지게 된다. 본 발명에서는 고가의 ITO 분말의 첨가량을 감소시키는 대신에 근적외영역(780~1800nm) 의 흡수효율을 향상시키기 위해 구리화합물을 첨가함으로서 ITO 분말의 감소로 인한 근적외선 흡수량의 감소를 보완하였다. 따라서, 본 발명에서 제공하는 열선 차폐용 피막재료는 가격이 저렴할 뿐만 아니라 가시광선 투과율이 높아, ITO분말을 과량 사용한 경우와 동등 수준의 적외선 차단율을 가지면서 투명도가 높은 필름을 제공한다.

이하, 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 근적외선 흡수제 조성물은 자외선 경화형 투명수지 100중량부, 금속산화물 분말 10내지 40중량부, 구리화합물 0.01 내지 10중량부로 이루어지며 용매, 경화가속제와 같은 다양한 첨가제를 더 함유할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 자외선 경화형 투명수지는, 분자쇄 내에 우레탄 결합을 도입한 올리고머 (폴리우레탄 (메타)아크릴레이트), 광경화형의 (메타)아크릴레이트 모노머, 자외선에 의해 개시가 가능한 1종 이상의 광개시제를 포함하는 수지조성물이다.

상기한 폴리우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머는 폴리에테르 폴리올, 수산기 함유 아크릴 유도체 및 디이소시아네이트 화합물을 중합시켜 제조한 중합물이며, 이때 폴리에테르 폴리올으로는 수평균 분자량이 300 ∼ 30,000, 바람직하기로는 500 ∼10,000 범위이고, 디이소시아네이트 화합물은 통상의 우레탄 합성시 사용되는 것으로서, 지방족 또는 방향족 디이소시아네이트를 모두 적용한다.

상기한 (메타)아크릴레이트 모노머는 단관능성 모노머와 다관능성 모노머로 나누어지며, 단관능성 모노머로는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 카프로락톤 아크릴레이트, 비닐 피롤리돈, 디아세톤 아크릴아미드, 이소부톡시메틸 아크릴아미드, 아크릴아미드, 아크릴산, 이타콘산, 디메틸 아미노에틸 아크릴아크릴레이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이다. 다관능성 모노머로는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 에톡시레이티드 비스페놀에이디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 부탄디올 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨테트라아크릴레이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이다.

상기한 광개시제로는 각종 벤죠인 알킬에테르류, 벤질, 벤조페논, 알칼아민계 벤조논류, 벤질 디 메틸 케탈, 1-하이드록시시클로헥실 페닐케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐 프로판, 1-옥시 1-(4-이소 프로필레닐), 2-하이드록시-2-메틸 프로판-1 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이다

본 발명에서 사용되는 금속산화물 분말로서, 0.2 ㎛이하, 바람직하게는 0.1 ㎛이하의 입경을 가지는 ITO 분말, 주석이 도핑된 산화안티몬 화합물인 안티모니틴옥사이드 (이하 ATO라고 약칭함) 분말, 주석 산화물 등을 통상적인 예로서 설명할 수 있다. 본 발명에서 특히 바람직한 것은 800 내지 900nm 범위 내의 어떤 파장으로부터 장파장 측의 적외선을 효율적으로 차단하는 ITO 분말 또는 ATO 분말이다. ITO 분말은 예를 들어, JP-A-7-70482 내에 게시된 방법에 의해 제조할 수 있고, ATO 분말은 JP-B-4-58511 내에 개시된 방법에 의해 제조할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 구리화합물로서, 라우르산구리 (copper laurate), 미리스트산구리 (copper myristate), 팔미트산구리 (copper palmitate), 스테아르산구리 (copper stearate), 폴리아크릴산구리 (copper polyacrylate), 폴리메타크릴산구리 (copper polymethacrylate) 등을 들 수 있는데, 이 중 스테아르산구리, 폴리아크릴산구리, 폴리메타크릴산구리가 효율적이다.

본 발명에서 필수성분은 (1) 자외선 경화형 투명수지, (2) 금속산화물 분말, (3) 구리화합물로, 그 블렌드 비율은 바람직하게는 자외선 경화형 투명수지 100중량부에 대하여 금속산화물 분말 10 내지 40중량부 구리화합물 0.01 내지 10중량부를 사용하고 더욱 바람직 하게는 자외선 경화형 수지 100중량부에 대하여 금속산화물 분말 20 내지 30중량부, 구리화합물 0.1 내지 5중량부이다.

금속산화물 분말이 상기 범위 이하면, 근적외선영역의 광선흡수성능이 저하하고, 상기 범위 이상이면, 피막의 가시영역에서의 투명성이 저하하며, 생산비용이 증가한다. 구리화합물이 상기 범위 이하면, 근적외선영역의 광선흡수성능이 저하하고, 상기 범위 이상이면, 피막의 가시영역에서의 투명성이 저하할 뿐 아니라 피막특성이 저하한다. 자외선 경화형 투명수지가 상기 범위 이하이면, 바인더 특성이 저하하며, 상기 범위 이상이면, 경화된 피막의 두께가 필요이상으로 두꺼워져서 피막특성이 저하한다.

적외선 차단 피막은 금속산화물 분말, 구리화합물을 자외선 경화형 투명수지에 고르게 분산시킨 조성물을 베이스체에 바아코우터를 사용하여 일정한 두께로 도포하고 자외선 조사장치에 통과시켜 제조한다. 본 발명의 적외선 차단 피막은 가시광의 투과성이 높기 때문에 투명플라스틱 베이스체, 유리 베이스체와 같은 투명 베이스체에 적용했을 경우에 베이스체의 투명성을 저해하지 않는다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1~5] 및 [비교예]

폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머 100부에 대하여 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 40중량부, 비닐 피롤리돈 20중량부, 라우릴 아크릴레이트 30중량부, 광경화형 개시제인 Irgacure 184 1중량부를 각각 암갈색의 시약병에 넣고 잘 혼합하여 자외선 경화형 투명수지를 제조하였다. 상기의 방식으로 제조한 자외선 경화형 투명수지, 금속 산화물 분말, 구리화합물 및 유리구슬(glass beads) 20g을 100㏄ 유리병에 각각 넣고 페인트 교반기를 사용하여 입자게이지로 분산상태를 확인하면서 5시간 혼련한 다음, 유리구슬(glass beads)을 제거하고 도포용 조성물을 얻었다.

이 도포용 조성물을 #10 바아코우터로 PET필름 위에 도포하고, 80℃로 20초간 건조시킨 후, 자외선 조사장치(Mercury Lamp, 80 Watt, 3초)에 통과시켜 각종 피막을 얻었다.

얻어진 피막에 대해서, 분광광도계(Hitachi, U-3501)를 사용해서 파장 380~2500nm 영역의 광선 투과율을 측정하였고, 하기의 식에 의해 가시광선 투과율과 근적외선 차단율을 계산하였다.

가시광선 투과율 (%) = AVE(T380nm, T780nm)

근적외선 차단율 (%) = 〔100 -AVE(T800nm, T2100nm) 〕

상기식에서, AVE(T380nm, T780nm)란, 파장 380nm에서 780nm까지의 투과율을 평균한 값을 의미하고, AVE(T800nm, T2100nm)란, 파장 800nm에서 2100nm까지의 투과율을 평균한 값을 의미한다.

실시예 1~5 및 비교예의 조성비와 물성측정 결과는 표 1 및 도 1에 나타내었다.

[표 1]

표 1에 표시한 바와 같이, ITO 분말을 단독으로 사용한 경우, 근적외선 차단율을 원하는 수준(85%)까지 높이기 위해 ITO 분말의 함량을 증가시켜야 하는데, 이 때, 가시광선 영역에서 낮은 투과율을 갖는 ITO 분말의 증가에 의해 가시광선 투과율이 저하하는 경향을 나타내며, ITO 분말이 고가이므로 근적외선 차단재의 가격 또한 높다. 구리화합물을 첨가한 경우, 비교적 적은 양의 ITO 분말을 사용해도 구리화합물의 소량 첨가에 의해 원하는 수준의 적외선 차단율 (85%)을 얻을 수 있었고, 가시광선투과율은 증가하는 경향을 나타내며, 근적외선 차단재의 가격은 저렴하다. 또한, 첨가한 구리화합물 중에서 스테아르산구리가 근적외선 차단율/가시광선 투과율 면에서 가장 우수하였으며, ITO 분말 대신에 ATO 분말을 사용한 경우, 근적외선 차단율이 상당히 저하하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 피막은 근적외선(780~1800nm)을 효율적으로 흡수하고, 가시광선(380~780nm)을 효율적으로 투과하는 특성을 가지며, 동시에 가격이 저렴한 냉난방 효율의 개선에 효과가 높다.

Claims

자외선 경화형 투명수지 100중량부, 금속산화물 분말 10 내지 40중량부 및 구리화합물 0.01 내지 10중량부로 이루어짐을 특징으로 하는 근적외선 차단제.
제1항에 있어서, 상기 자외선 경화형 투명수지는 분자쇄 내에 우레탄 결합을 도입한 올리고머 (폴리우레탄 (메타)아크릴레이트), 광경화형의 (메타)아크릴레이트 모노머 및 자외선에 의해 개시가 가능한 1종 이상의 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선 차단제.
제 2항에 있어서, 상기 올리고머는 폴리에테르 폴리올, 수산기 함유 아크릴 유도체 및 디이소시아네이트 화합물을 중합시켜 제조한 중합물인 것을 특징으로 하는 근적외선 차단제.
제 2항에 있어서, 상기 (메타)아크릴레이트 모노머는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 카프로락톤 아크릴레이트, 비닐 피롤리돈, 디아세톤 아크릴아미드, 이소부톡시메틸 아크릴아미드, 아크릴아미드, 아크릴산, 이타콘산, 디메틸 아미노에틸 아크릴아크릴레이트와 같은 단관능성 모노머와, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 에톡시레이티드 비스페놀에이디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 부탄디올 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨테트라아크릴레이트와 같은 다관능성 모노머 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 근적외선 차단제.
제 2항에 있어서, 상기 광개시제는 각종 벤죠인 알킬에테르류, 벤질, 벤조페논, 알칼아민계 벤조논류, 벤질 디 메틸 케탈, 1-하이드록시시클로헥실 페닐케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐 프로판, 1-옥시 1-(4-이소 프로필레닐), 2-하이드록시-2-메틸 프로판-1 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 근적외선 차단제.
제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 구리화합물은 라우르산구리 (copper laurate), 미리스트산구리 (copper myristate), 팔미트산구리 (copper palmitate), 스테아르산구리 (copper stearate), 폴리아크릴산구리 (copper polyacrylate), 폴리메타크릴산구리 (copper polymethacrylate) 중의 하나 또는 둘 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 근적외선 차단제.
제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 금속산화물은 ITO분말과 ATO분말 중의 하나 또는 둘 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 근적외선 차단제