KR20030024335A

KR20030024335A - 광변색 나노 캡슐 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20030024335A
Application number: KR1020010057442A
Authority: KR
Inventors: 김은경; 한미정
Original assignee: 한국화학연구원
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-03-26
Also published as: US20030086978A1; KR100482654B1

Abstract

본 발명은 광변색 나노 캡슐 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광변색 물질인 디아릴에텐계 화합물이 고분자에 의해 둘러싸인 신규한 코아/쉘 타입의 캡슐로서, 디아릴에텐 화합물, 라디칼 중합이 가능한 단량체, 유화제 및 라디칼 중합 개시제를 에멀젼화시킨 다음 일정 온도에서 중합 반응을 유도함으로써, 기존의 마이크로 수준의 캡슐 크기가 나노미터 수준으로 매우 미세화되고, 열안정성이 높으며 우수한 광변색 특성을 가지고 있어 광기록 재료, 광스위치 등에 적용하기 적합한 광변색 나노 캡슐 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

광변색 나노 캡슐 및 그의 제조방법{Photochromic nanocapsule and preparation method thereof}

본 발명은 광변색 나노 캡슐 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광변색 물질인 디아릴에텐계 화합물이 고분자에 의해 둘러싸인 신규한 코아/쉘 타입의 캡슐로서, 디아릴에텐 화합물, 라디칼 중합이 가능한 단량체, 유화제 및 라디칼 중합 개시제를 에멀젼화시킨 다음 일정 온도에서 중합 반응을 유도함으로써, 기존의 마이크로 수준의 캡슐 크기가 나노미터 수준으로 매우 미세화되고, 열안정성이 높으며 우수한 광변색 특성을 가지고 있어 광기록 재료, 광스위치 등에적용하기 적합한 광변색 나노 캡슐 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

광변색 화합물은 빛에 의하여 가역적으로 변색되는 화합물로서 스피로벤조피란, 아조벤젠, 포르마잔, 풀기드, 나프토피란 등 다양한 구조가 알려져 있다. 그 중 디아릴에텐계 광변색 화합물은 1985년에 합상된 이래 광조사후 열에 의한 변색이 일어나지 않으면서 안정한 광변색 화합물로 알려져 왔다[Japan Kokai Tokkyo Koho; JP 86263936 A2; J. Org. Chem., 1991, 49, 373]. 이에 따라 다양한 유도체들의 합성 방법이 연구되어 왔으며, 이를 가역적 광디스크, 소거가능형 광디스크, 광집적 소자용 광스위치, 유기 감광체 및 광전극 등에 이용하려는 연구가 많이 발표되고 있다[Japan Kokai Tokkyo Koho; JP 9761647 A2, JP 9780681 A2; Takeshita, M; Uchida, K; Irie, M. Chem. Commun., 1996, 1807∼1808 등] .

디아릴에텐 화합물은 암안정성이 높으면서 광변색성이 빠르기 때문에, 고분자 수지와 함께 용해하여 용액 코팅법에 의하여 광기록막을 제조하는 방법이 공지되어 있다[J. Org. Chem., 1991, 49, 373]. 디아릴에텐 화합물을 고분자 수지에 도입하게 되면, 고분자 수지와의 상용성이 충분하지 못하여 균일한 박막 제조가 어렵고, 광변색 분자끼리 응집이 일어나 광변색 효율이 낮다. 효율을 높이기 위하여 디아릴에텐 화합물을 고분자 수지내에 많이 도입하게 되면, 박막이 불투명하게 될 뿐만 아니라, 장시간 보존 중에 디아릴에텐 광변색 화합물이 고분자 매체로부터 용출되어 나와 상분리가 일어난다. 따라서, 장시간 사용할 경우 광기록의 신뢰성 및 보존안정성이 결여되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 한국 특허공개 제95-9349호에서는 0.1 내지1 중량 %의 스피로피란계 화합물과 오일, 젤라틴 등을 포함하는 조성물로부터 광변색제 캡슐을 제조하는 방법을 발표하였다. 그러나, 스피로피란계 화합물은 열안정성, 광안정성 등이 열악하여 이로부터 제조된 광변색 캡슐의 안정성이 매우 취약하다. 또한, 상기 오일, 젤라틴 등을 포함하는 조성물로부터 제조되는 캡슐 크기는 수 마이크론 정도로서 투광성이 취약하고, 광변색 특성이 열악한 문제가 있었다.

이에, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 광변색 물질끼리 응집하는 것을 막고자 광변색 물질을 고분자로 둘러싸는 방안을 고안하였으며, 광변색 물질을 고분자 코아/쉘 타입의 캡슐 안에 넣는 방법을 연구하였다. 특히, 외부 광원에 의하여 광변색 특성이 우수하고 투명한 박막이 제조될 수 있도록 광변색 캡슐 크기를 가시광 파장보다 작은 200 ㎚ 이하로 하는 방법을 연구하던 중, 광변색 화합물, 단량체 및 유화제 등으로 이루어진 조성물로부터 단량체가 광변색 물질을 싸도록 한 후 이를 바로 중합하면, 15 ∼ 200 ㎚ 정도의 크기를 가지는 캡슐을 함유하는 조성물을 제조할 수 있고, 이로부터 광변색 특성이 우수한 광변색 캡슐 분말 및 이를 포함하는 박막 제조가 가능함을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 광변색 효율이 뛰어난 디아릴에텐계 화합물과 단량체, 유화제 및 개시제 등으로부터 코아/쉘 타입의 나노 캡슐을 제조하고, 이로부터 광변색 박막을 제공하는데 있다.

도 1은 실시예 11에서 제조된 광변색 나노 캡슐에 365 ㎚의 단파장을 조사한 경우 분광흡수 스펙트럼의 변화를 나타낸 것이다.

도 2는 실시예 1에서 제조된 나노 캡슐 조성물을 투사 전자현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.

본 발명은 디아릴에텐계 화합물 0.1 ∼ 40 중량부, 라디칼 중합이 가능한 단량체 15 ∼ 99 중량부, 유화제 0.01 ∼ 10 중량부, 라디칼 중합 개시제 0.1 ∼ 10 중량부 및 물 90 ∼ 50 중량부로 구성되며, 상기 단량체의 중합물이 상기 디아릴에텐계 화합물을 감싸고 있는 캡슐 형태인 광변색 나노 캡슐 조성물을 특징으로 한다.

이때, 상기 디아릴에텐계 화합물은 다음 화학식 1에 해당한다.

상기 화학식 1에서,

R¹은 결합선, 탄소수 1 ∼ 3의알킬렌기, 또는 불소로 치환된 탄소수 1 ∼ 3의 알킬렌기이고; Ar¹및 Ar²는 각각 다음 화학식 2 또는 3이며; Z는 불소로 치환 또는 비치환된 메틸렌기 또는 카르보닐기이고;

상기 화학식 2 및 화학식 3에서,

R²및 R⁵는 각각 치환 또는 비치환된 탄소수 1 ∼ 3의 알킬기(이때, 치환기는 불소원자이다)이고; R³은 R²및 R⁵와 같거나, 수소원자 또는 불소원자이며; R⁴및 R⁶는 R³와 같거나 페닐이속사졸기, 하이드록시메틸이속사졸기, 알킬렌옥시 알킬 에스테르기, 알데히드기, 카르복실산기, -[CH=CH]_l-[C(=O)]_m[CH₂]_n-[CH=CH]_o-C(R⁷)_p(R⁸)_q또는 -C ≡C-R⁹이며; R⁷, R⁸, R⁹은 각각 수소원자, C_1-22알킬기 또는 페닐기이고; l, n, o 는 각각 0 ∼ 10의 수이며 ; m 은 0 또는 1이고; p, q 는 각각 0 ∼ 3의 수이며, p +q= 3 의 관계에 있으며; X 및 Y는 각각 산소, 질소 또는 황 원자이다.

이러한 화학식 1로 표시되는 디아릴에텐계 화합물로 예를 들면 1,2-비스(2-메틸벤조[b]티오펜-3-일)헥사플루오로시클로펜텐(BTF6, 구조식 1), 1,[6'-(메타아크리올록시에틸록시카보닐)-2'-메틸벤조[b]티오펜-3'-일-2-(2"-메틸벤조[b]티오펜-3"-일)헥사플루오로사이클로펜텐(MMBTF, 구조식 2), 시스-1,2-비스(2-메틸벤조티오펜-3-일)-1,2-디시아노에텐(BTCN, 구조식 3), 시스-1,2-디시아노-1,2-비스(2,4,5-트리메틸-3-티에닐)에텐(MTCN, 구조식 4) 등으로 다음 구조식 1 ∼ 15에 나타낸 바와 같다.

구조식 1

구조식 2

구조식 3

구조식 4

구조식 5

구조식 6

구조식 7

구조식 8

구조식 9

구조식 10

구조식 11

구조식 12

구조식 13

구조식 14

구조식 15

상기 화학식 1 및 구조식 1 ∼ 15에 나타낸 디아릴에텐계 화합물은 우수한 광변색 특성을 가지는데, 이 화합물 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 0.1 ∼ 40 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 범위를 벗어나면 디아릴에텐계 화합물사이에 응집이 일어나 나노캡슐이 제조되지않는 문제가 있다.

그리고, 상기 라디칼 중합이 가능한 단량체로는 치환 또는 비치환된 스티렌, 알킬 아크릴레이트, 폴리알킬렌글라이콜 아크릴레이트, 아크릴릭에시드 및 비닐 카바졸 등의 불포화기를 함유하는 화합물이 사용될 수 있으며, 15 ∼ 99 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 유화제로는 소디움도데실설페이트(sodium dodecylsulfate) 또는 소디움라우릴설페이트(sodium laurylsulfate) 등을 사용할 수 있는데, 유화제는 0.01 ∼ 10 중량부 첨가시키는 것이 바람직하다.

상기 라디칼 중합 개시제로는 N,N'-아조비스이소부티로니트릴, 포타시움퍼설페이트 및 아조-폴리에틸렌글라이콜 등을 사용할 수 있으며, 0.1 ∼ 10 중량부 첨가시키는 것이 좋다. 여기서, 아조-폴리에틸렌글라이콜은 다음 화학식 4로 표시될 수 있는데, N,N'-아조비스이소부티로니트릴과 폴리에틸렌글라이콜(분자량 = 200 ∼ 5000)로부터 합성할 수 있다.

상기 화학식 4에서, R¹은 에틸, 부틸, 헥실, 디옥사옥틸, 트리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드를 나타낸다.

그 밖에, 상기 디아릴에텐계 화합물과 함께, 스피로벤조피란, 포르마잔, 나프토피란, 풀기드, 아조벤젠, 디스펄스레드, 디스펄스오렌지, 스피로옥사진, 프탈로시아닌, 안료, 염료 및 의약 중에서 선택된 성분을 추가로 첨가시킬 수 있다. 이때, 상기 성분들은 전체 캡슐 조성물에 대하여 0.05 ∼ 15 중량%로 함유시키는 것이 바람직하다. 이를 화합물은 구입하거나(Aldrich, Tokyo Kasei 등), 공지의 방법으로 합성하여 사용할 수 있다. 또한, 산화 방지제, 증점제, 유기용매, 계면 활성제, 자외선 차단제 등이 추가로 첨가될 수 있다.

본 발명에 따른 광변색 나노 캡슐 조성물을 제조 단계별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 얼음조(ice-bath)에서 디아릴에텐계 화합물, 라디칼 중합이 가능한 단량체, 유화제, 라디칼 중합 개시제 및 물을 혼합 및 교반하여 에멀젼화시키는 공정을 수행한다. 상기 혼합물은 기계교반기(mechanical stirrer), 균질기(homogenizer), 초음파 진동자(sonicator) 등을 사용하여 강력하게 진동시키면서 에멀젼을 형성시킨다. 상기 개시제는 에멀젼화시키기 전 또는 후에 첨가하여 중합반응에 이용할 수 있으며, 중합반응 결과로 얻은 캡슐 조성물을 사용하여 박막을 제조할 경우에도 추가로 첨가시킬 수 있다.

그런 다음, 60 ∼ 70 ℃로 가열하여 중합반응시키는 공정을 수행한다. 상기 온도에서 단량체는 라디칼 중합하게 되어 폴리머를 형성하며, 디아릴에텐계 화합물을 포함하는 코아/쉘 타입의 캡슐을 제조할 수 있는 것이다.

이렇게 하여 얻어진 나노 캡슐 조성물은 실리콘 웨이퍼나 유리판 등에 용액 코팅 방법으로 코팅한 후 상온에서 건조하여 광변색 박막을 제조할 수 있다. 그리고, 이러한 광변색 박막에 ??빛이나 자외선과 같은 광을 조사하면, 300 ∼ 800 ㎚ 영역에서 우수한 흡수도를 나타낸다.

또한, 상기 나노 캡슐 조성물은 광기록 매체, 광변색 창, 표시소자, 플라스틱 거울, 광변색 필터, 감광 드럼, 기록소자, 태양전지, 렌즈, 섬유, 광변색 기록 및 이미지 부품, 영상부품 또는 의약품에 포함시켜 광변색 기능을 부여할 수 있다.

상기 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타 장점은 후술되는 실시예를 참고로 하여 보다 명백하게 기술될 것이나, 본 발명의 범위가 다음의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 사용되는 광변색 화합물, 개시제 및 용매 등은 공지의 방법으로 합성하거나 알드리치, TCI 사 등에서 구입하여 사용하였다. 그리고, 각종 성능평가는 다음의 시험방법에 의하여 실시하였다.

<시험방법>

(1) 두께: α-Step 200 이용하여 측정하였다.

(2) 광변색 : UV/Vis 분광기를 이용하여 측정하였다.

(3) 투과율 : 두께 2 mm의 시험편을 제작하여 UV/Vis 스펙트럼으로 400 ∼ 800 ㎚의 투과율을 측정하였으며, 이때 투과율 값은 700 ㎚의 투과율을 정리함.

(4) 나노 캡슐 직경 측정: 광변색 캡슐의 모양과 크기를 측정하기 위하여 초박막의 샘플을 제조하였다. 즉, 에멀젼 용액을 약 0.01 중량%로 묽힌 후, 200-메쉬의 카본이 코팅된 카퍼 그리드에 상기 묽힌 용액을 떨어뜨린 다음 그대로 건조시켰다. 이렇게 제조한 샘플을 투사전자현미경(TEM)으로 관찰하여 캡슐의 모양과 크기를 측정하였다.

(5) 분자량: 라디칼 중합 후 폴리머를 다시 THF에 용해하여 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography, GPC)를 이용하여 분자량을 분석하였다.

제조예 1 : 아조-폴리에틸렌글라이콜(PEGA) 개시제의 합성

N,N'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 1.64 g, 폴리에틸렌글라이콜(분자량 = 300) 10 g, 및 벤젠 20 ㎖의 혼합물을 5 ℃에서 염산 가스로 포화시킨 다음, 5 ℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 반응 종결 후 반응 혼합물의 상층인 무색의 벤젠층을 제거하였다. 남아있는 반응 혼합물의 하층은 물 15 ㎖와 얼음 20 g의 혼합물에 떨어뜨리고 유기층을 취하였다. 물층은 클로로포름으로 여러 번 추출하면서 물층은 제거시키고 유기층만 취하였다. 이렇게 추출한 유기층을 소디움바이카보네이트 포화수용액으로 중화시킨 후 마그네시움설페이트로 물을 제거하였다. 용매인 클로로포름을 감압 하에서 날린 후 진공 오븐에서 완전히 건조하였다.

실시예 1 : 1,2-비스(2-메틸벤조[b]티오펜-3-일)헥사플루오로시클로펜텐 (BTF6)을 이용한 캡슐 제조

1,2-비스(2'-메틸벤조[b]티오펜-3-일)헥사플루오로시클로펜텐(BTF6) 1.5 g을 정제한 스티렌 4.5 g에 녹인 다음 여기에 N,N'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 99 ㎎을 넣은 후 10 분간 교반한다. 별도의 용기에 소디움도데실설페이트(SDS) 250 ㎎를 물 30 g에 녹이고 상기 혼합물을 가한 후 30 분간 교반하여 에멀젼 용액을 얻었다. 그런 다음, 120 초간 초음파로 처리하였고(ultrasonification), 상기 모든 과정은 스티렌의 중합을 방지하기 위하여 얼음조(ice-bath)에서 행하였다. 반응 혼합물을 400 rpm으로 교반하면서 서서히 가열하여 70 ℃에서 18 시간 동안 중합하였다. 반응이 종결되면 온도를 서서히 상온까지 내려 1,2-비스(2'-메틸벤조[b]티오펜-3-일)헥사플루오로시클로펜텐(MBTF6)이 폴리스티렌에 싸여 있는 평균 직경이 70 ㎚의 나노 캡슐을 완성하였다. 제조된 용액의 투과도는 50 ㎛ 두께에서 90% 이상이었으며, UV 조사결과 용액의 색이 무색에서 붉은색을 나타내었다. 도 2는 상기에서 얻은 나노 캡슐의 투사 전자현미경 사진으로서, 바코드가 100 ㎚에 해당한다.

실시예 2 :1,[6'-(메타아크릴록시에틸록시카보닐)-2'-메틸벤조[b]티오펜-3'-일-2-(2"-메틸벤조[b]티오펜-3"-일)헥사플루오로사이클로펜텐(MMBTF)을 이용한 캡슐의 제조

1,[6'-(메타아크리올록시에틸록시카보닐)-2'-메틸벤조[b]티오펜-3'-일-2-(2"-메틸벤조[b]티오펜-3"-일)헥사플루오로사이클로펜텐(MMBTF) 60 ㎎을 정제한 스티렌 2.32 g에 녹인 다음, N,N'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 52 ㎎을 넣고 10 분간 교반하였다. 소디움도데실설페이트(SDS) 12 ㎎을 물 12 g에 녹인 후, 상기 혼합물을 가하고 초음파 균질기(ultrasonic homogenizer)를 이용하여 30 분간 혼합하였다. 이 모든 과정은 스티렌의 중합을 방지하기 위하여 얼음조에서 행하였다. 상기 반응 혼합물을 400 rpm으로 교반하면서 서서히 가열하여 70 ℃에서 18 시간 동안 반응시켰다. 반응이 종결되면 온도를 서서히 상온까지 내려 직경 50 ∼ 150 ㎚의 광변색 나노 캡슐을 얻었다. 제조된 용액의 투과도는 50 ㎛ 두께에서 90% 이상이었으며, UV 조사결과 용액의 색이 무색에서 붉은색을 나타내었다.

실시예 3 : 시스-1,2-디시아노-1,2-비스(2,4,5-트리메틸-3-티에닐)에텐 (MTCN)을 이용한 캡슐의 제조

정제한 스티렌 2.32 g에 시스-1,2-디시아노-1,2-비스(2,4,5-트리메틸-3-티에닐)에텐(MTCN) 60 ㎎을 녹인 다음, N,N'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 52 ㎎을 가하여 10분간 교반하였다. 별도의 용기에 소디움도데실설페이트(SDS) 12 ㎎을 물 12 g에 용해키고 상기 혼합물을 가한 후, 초음파 균질기를 이용하여 30분간 혼합하였다. 얻어진 에멀젼 용액을 400 rpm으로 교반하면서 서서히 가열하여 70 ℃에서 반응시키고, 12시간 후 온도를 상온까지 내려 평균직경 50 ㎚의 광변색 캡슐을 완성하였다. 제조된 용액의 투과도는 50 ㎛ 두께에서 90% 이상이었으며, UV 조사결과 용액의 색이 무색에서 붉은색을 나타내었다.

실시예 4 : 시스-1,2-비스(2-메틸벤조티오펜-3-일)-1,2-디시아노에텐(BTCN)을 이용한 캡슐의 제조

시스-1,2-비스(2-메틸벤조티오펜-3-일)-1,2-디시아노에텐(BTCN) 30 ㎎을 정제한 스티렌 1.16 g에 녹여 BTCN이 완전히 녹은 다음, N,N'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 26 ㎎을 가하여 10 분간 교반하였다. 이 반응 혼합물을 소디움도데실설페이트(SDS) 6 ㎎가 물 6 g에 녹아있는 용액에 가한 후 초음파 균질기를 이용하여 30 분간 혼합하였다. 얻어진 에멀젼 용액을 400 rpm으로 교반하면서 서서히 가열하여 75 ℃에서 15 시간 동안 반응시킨 결과, 평균직경 60 ∼ 70 ㎚의 광변색 캡슐을 얻었다.

실시예 5 : 아조-폴리에틸렌글라이콜(PEGA200)을 개시제로 이용한 캡슐의 제조

1,2-비스(2-메틸벤조[b]티오펜-3-일)헥사플루오로시클로펜텐(BTF6) 60 ㎎을 정제한 스티렌 2.32 g에 녹였다. 물 12 g에 소디움도데실설페이트(SDS) 12 ㎎를 녹인 후 상기 반응 혼합물을 가하고 초음파 균질기(ultrasonic homogenizer)를 이용하여 30 분간 혼합하였다. 이 모든 과정은 스티렌의 중합을 방지하기 위하여 얼음조에서 행하였으며, 얻어진 에멀젼 용액에 합성한 아조-폴리에틸레글라이콜 (PEGA200) 52 ㎎을 가하였다. 이 반응 혼합물을 400 rpm으로 교반하면서 서서히 가열하여 60 ℃에서 12 시간 동안 중합시킨 다음 온도를 서서히 상온까지 내려 직경 15 ∼ 80 ㎚의 광변색 캡슐을 얻었다.

실시예 6 ∼ 10

상기 실시예 1의 방법을 이용하되, 디아릴에텐계 화합물, 단량체, 유화제, 개시제를 다음 표 1과 같이 변경하여 광변색 캡슐을 제조하였다. 이때, 물은 각각 12 g씩 첨가하였다.

구분	디아릴에텐계화합물(g)	단량체(g)	유화제(g)	개시제(g)	캡슐의평균직경(㎚)
실 시 예	6	BTF6¹⁾(0.06)	스티렌(2.3)	SDS(0.012)	AIBN³⁾(0.05)	70
	7^*	BTF6(0.06)	스티렌(2.3)	SDS(0.012)	KPS⁴⁾(0.052)	60
	8	구조식3(0.06)	스티렌 (0.1)+메틸메타아크릴레이트(2.2)	SLS(0.011)	AIBN(0.05)	75
	9^*	BTF6(0.06)	스티렌(1.8)+비닐카바졸(0.5)	SDS(0.012)	PEGA⁵⁾(0.06)	50
	10	구조식2(0.1) + SP²⁾(0.02)	스티렌(2.1)	SLS(0.011)	PEGA(0.04)	45
1) BTF6: 1,2-비스(2-메틸벤조[b]티오펜-3-일)헥사플루오로시클로펜텐2) SP: 6-니트로 스피로벤조피란(6-nitro Spirobenzopyran)3) AIBN: N,N'-아조비스이소부티로니트릴4) KPS: 포타시움퍼설페이트5) PEGA: 아조-폴리에틸렌글라이콜(제조예 1)* 실시예 7과 실시예 9의 경우, 에멀젼을 얻은 후 개시제를 첨가하고 중합시킴.

비교예 1 : 광변색 나노 캡슐을 이용한 박막의 제조

공지의 방법 (한국 등록특허 제 127771호)을 이용하여 광변색 캡슐을 제조하였다. 즉 구조식 2의 화합물 60 ㎎을 오일 2.7 g에 넣은 후 가열 및 용해시켜 60 ∼ 70 ℃로 유지시켰다(용액 A).

젤라틴 1. 8 g을 물 10 g에 가온 및 용해시켜 70 ∼ 75 ℃로 유지시켰다 (용액 B).

상기에서 제조한 용액 B를 3000 rpm으로 교반하면서 용액 A를 5 ㎖/s의 속도로 적하하였다. 약 50 ℃의 물에 아민계 경화제인 m-자일렌디아민 0.36 g을 용해시킨 용액을 준비하였다. 상기의 에멀젼을 10 분간 교반한 후 에폭시 수지를 0.6 g 가하고 다시 5 분간 교반하면서 미리 준비해둔 경화용액을 적가하였다. 반응 도중 증발된 물은 대략 70 ∼ 75 ℃의 물을 보충하여 최초의 용량을 유지시켰다. 반응 완료 후 소량의 냉수를 가하여 전체 용액의 부피가 12 ㎖ 되도록 하면 고형질의 캡슐형 광변색제 조성물을 수득할 수 있다. 이때 제조된 캡슐은 크기가 300 ㎚ 이상이고, 에멀젼 용액의 투과도가 10% 이내로서 캡슐간 응집이 매우 크게 일어났다. 투과도가 낮기 때문에 색대비 효과를 측정할 수 없었다.

실시예 11 : 광변색 나노 캡슐을 이용한 박막의 제조

상기 실시예 1에서 제조된 광변색 캡슐 조성물을 0.45 ㎛ 주사기필터를 이용하여 거른 후 거른 용액을 스핀코터를 사용하여 유리판 위에 도포하고, 상온의 진공 오븐에서 12 시간 건조시켜 접착성이 우수하고 투과도 90 % 이상의 투명한 박막을 제조하였다. 제조된 박막에 300 ㎚ 이상의 빛을 조사하면 붉은 색으로 변화되며, 빛을 차단하고 암실에서 보관하면 붉은 색이 유지된다. 도 1은 각각 365 ㎚의 단파장 조사시 BTF6이 폴리스티렌에 둘러 쌓여 있는 캡슐 박막의 흡수 스펙트럼의 변화를 나타낸다(점선: 빛조사전, 실선: 빛조사 5분후).

실시예 12 ∼ 15 : 광변색 나노 캡슐을 이용한 박막의 제조

상기 실시예 11에서 광변색 조성물 및 박막 제조 조건을 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 변경하여 광변색 박막을 제조하였다.

구분	나노 캡슐조성물	첨가제 (중량%)	박막 제조조건	광변색 색변화	투과도 (%)
실시예	12	실시예 2	-	스핀코팅후 건조	무색-적색	90
	13	실시예 3	PEGA^*(0.1)	스핀코팅 후 건조,80 ℃ 진공 오븐처리	무색-적색	95
	14	실시예 5	-	스핀코팅 후 건조,60 ℃ 진공 오븐처리	무색-적색	93
	15	실시예 9	Irgacure 184^**(0.1)	스핀코팅 후 건조, 자외선 노광 3분	무색-적색	85
	16	실시예 10	-	스핀코팅 후 건조,60 ℃ 진공 오븐처리	무색-보라색	87
* PEGA : 아조-폴리에틸렌글라이콜(제조예 1)** Irgacure 184 :시바 가이기 사 제품

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 디아릴에텐계 화합물과 단량체를 에멀젼 중합시켜 코아/쉘 타입의 광변색 나노 캡슐을 얻을 수 있으며, 이를 사용하여 열안정성 및 광변색 효율이 뛰어난 광변색 박막을 제조할 수 있다. 이러한 광변색 나노 캡슐의 제조방법은 스피로벤조피란, 포르마잔, 나프토피란, 풀기드, 아조벤젠, 디스펄스레드, 디스펄스오렌지, 스피로옥사진, 프탈로시아닌 등의 광변색제를 나노 캡슐화할 때에도 응용될 수 있으며, 기타 안료, 염료 및 의약을 추가로 첨가하여 광변색 기록 및 이미지 부품, 영상부품, 의약품 및 렌즈를 제조하는데 널리 효과적으로 적용될 수 있다.

Claims

디아릴에텐계 화합물 0.1 ∼ 40 중량부, 라디칼 중합이 가능한 단량체 15 ∼ 99 중량부, 유화제 0.01 ∼ 10 중량부, 라디칼 중합 개시제 0.1 ∼ 10 중량부 및 물 90 ∼ 50 중량부로 구성되며, 상기 라디칼 중합이 가능한 단량체의 중합물이 상기 디아릴에텐계 화합물을 감싸고 있는 캡슐 형태인 것임을 특징으로 하는 광변색 나노 캡슐 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 캡슐의 직경은 15 ∼ 200 ㎚ 범위인 것임을 특징으로 하는 광변색 나노 캡슐 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 디아릴에텐계 화합물은 다음 화학식 1로 표시되는 것임을 특징으로 하는 광변색 나노 캡슐 조성물.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

R¹은 결합선, 탄소수 1 ∼ 3의알킬렌기, 또는 불소로 치환된 탄소수 1 ∼ 3의 알킬렌기이고; Ar¹및 Ar²는 각각 다음 화학식 2 또는 3이며; Z는 불소로 치환 또는 비치환된 메틸렌기 또는 카르보닐기이고;

[화학식 2]

[화학식 3]

상기 화학식 2 및 화학식 3에서,

R²및 R⁵는 각각 치환 또는 비치환된 탄소수 1 ∼ 3의 알킬기(이때, 치환기는 불소원자이다)이고; R³은 R²및 R⁵와 같거나, 수소원자 또는 불소원자이며; R⁴및 R⁶는 R³와 같거나 페닐이속사졸기, 하이드록시메틸이속사졸기, 알킬렌옥시 알킬 에스테르기, 알데히드기, 카르복실산기, -[CH=CH]_l-[C(=O)]_m[CH₂]_n-[CH=CH]_o-C(R⁷)_p(R⁸)_q또는 -C ≡C-R⁹이며; R⁷, R⁸, R⁹은 각각 수소원자, C_1-22알킬기 또는 페닐기이고;l, n, o 는 각각 0 ∼ 10의 수이며 ; m 은 0 또는 1이고; p, q 는 각각 0 ∼ 3의 수이며, p+q= 3 의 관계에 있으며; X 및 Y는 각각 산소, 질소 또는 황 원자이다.
제 1 항에 있어서, 상기 라디칼 중합이 가능한 단량체는 치환 또는 비치환 된 스티렌, 알킬 아크릴레이트, 폴리알킬렌글라이콜 아크릴레이트, 아크릴릭에시드 및 비닐 카바졸 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것임을 특징으로 하는 광변색 나노 캡슐 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 디아릴에텐계 화합물과 함께, 스피로벤조피란, 포르마잔, 나프토피란, 풀기드, 아조벤젠, 디스펄스레드, 디스펄스오렌지, 스피로옥사진, 프탈로시아닌, 안료, 염료 및 의약 중에서 선택된 성분이 추가로 첨가되는 것임을 특징으로 하는 광변색 나노 캡슐 조성물.
얼음조(ice-bath)에서 디아릴에텐계 화합물 0.1 ∼ 40 중량부, 라디칼 중합이 가능한 단량체 15 ∼ 99 중량부, 유화제 0.01 ∼ 10 중량부, 라디칼 중합 개시제 0.1 ∼ 10 중량부 및 물 90 ∼ 50 중량부을 혼합 및 교반하여 에멀젼화시킨 다음, 60 ∼ 70 ℃로 가열하여 중합반응시키는 것을 특징으로 하는 광변색 나노 캡슐조성물의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 개시제는 에멀젼화시키기 전 또는 후에 첨가하여 중합반응에 이용하는 것을 특징으로 하는 광변색 나노 캡슐 조성물의 제조방법.
상기 청구항 1 내지 청구항 6항의 나노 캡슐 조성물을 포함하는 광기록 매체, 광변색 창, 표시소자, 플라스틱 거울, 광변색 필터, 감광 드럼, 기록소자, 태양전지, 렌즈, 섬유, 광변색 기록 및 이미지 부품, 영상부품 또는 의약품.